CN103164520B - 一种面向层次化数据的交互可视方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向层次化数据的交互可视方法，具体步骤：步骤一：获取层次化数据对象，根据层次化数据特点、应用场景特征和用户特定需求设定适当的权值映射函数；步骤二：通过映射函数定义层次化数据各节点权值；步骤三：选择元空间或任意多边形空间表示层次化数据根节点；步骤四：根据层次化数据各节点的权值将其它节点表示为特定半径的圆；步骤五：利用圆布局方法生产其层次圆排列；步骤六：生成交互可视界面。该方法生成的层次圆布局对应于一个Voronoi树图布局，提供多种可视化编码形式，实时对圆布局进行优化调整，提供多种交互方式，可应用于多点触控设备上。本方法及其装置既可用于处理一般数据量的层次化数据，又可用于处理大规模数据集。

Description

一种面向层次化数据的交互可视方法及装置

技术领域

本发明涉及一种数据的交互可视方法及装置，尤其涉及一种面向层次化数据的交互可视方法及装置。

背景技术

如图1所示，层次化数据，即俗称的树形结构数据，数据节点间关系包括上下层节点间的父子关系和同层节点间的兄弟关系两种关系。层次化数据的交互可视化目的即是对这两类关系进行可视化，并为用户从不同深度视图查看数据或对数据进行自由操作提供多种自然方便的交互方式。

层次化数据的可视化技术主要分为两类：节点连接图和区域填充方法。节点连接图在欧拉空间或双曲空间用直线或曲线段连接数据节点，能够简明清晰的表示层次化数据的节点间关系。然而，该方法空间利用率极低，不适用于对大规模层次化数据进行可视化。区域填充方法能够有效的弥补节点连接图方法这方面的缺点。目前，矩形区域填充是一种主要的区域填充方法。

其中，矩形树图方法尤为典型，矩形树图以矩形嵌套的形式对一个矩形区域进行递归划分，划分后的每个矩形区域表示一个数据节点，该区域包含的子区域对应于当前数据节点的子节点。矩形树图方法具有空间利用率高、易于理解与实现等优点。同时该方法也有以下三方面的缺点：首先，很容易产生狭长矩形，导致划分区域长宽比不一，影响交互操作；其次，该方法只能对矩形区域进行划分，不适用于任意形状区域，应用范围受到限制；第三，由于叶节点的显示占用了大部分的空间，导致该方法对层次化数据的层次结构表现不很清晰。针对矩形树图上述缺点，很多方法提出了对应的改进策略。Berderson等人对矩形树图的划分方法进行了改进,提出用接近正方形的矩形代替狭长矩形的方法改进划分区域长宽比不一的状况[1]。Balzer等人引入Voronoi图，提出一种称为Voronoi树图的层次化数据可视化方法[2]。Voronoi树图能够对任意形状区域进行划分，有很高的空间利用率和较统一的划分区域长宽比。Jarke等人提出的Cushion树图，通过对划分区域设置阴影明暗变化的方法，在一定程度上强化了对层次结构的表现。这些方案都在某一方面对矩形树图方法进行了改进，但都无法从整体上克服矩形树图的缺点。比如Voronoi树图依然有层次化结构不明显的缺点，Cushion树图仍旧只能对矩形区域进行划分。

如图2所示，Kai Wetzel提出了Circular树图可视化方法，该方法将层次化数据中各个节点用圆表示，数据节点的值通过映射函数对应于圆半径大小，根节点作为整个圆空间，下层节点置于上层节点的圆内。由于子层的圆布局不需要重新计算，Circular树图能够支持快速的放缩操作(Zoom in and out)，并且划分区域有一致的长宽比,能够清晰的表现层次结构。该方法的缺点在于使用的圆布局算法效率低下，且只能对圆空间进行划分，不支持对任意形状区域的划分，空间利用率不高，无法有效的找到最优边界圆。王威信等人提出一种非常类似于Circular树图的可视化方法。他们采用一种启发式的圆布局方法，该方法的优点是高效，易于理解与实现，缺点在于缺乏理论意义，无法从理论上证明其合理性，并且该方法对动态数据或数据的局部更新不敏感，不便于交互操作。综上，可以发现若改进Circular树图的圆布局方法，其将成为一种比较完善的层次化数据可视化方法。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种面向层次化数据的交互可视方法及装置,它具有多种可视化编码形式、清楚显示层次化数据节点间关系及层次结构的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种面向层次化数据的交互可视装置，它包括主区域呈现单元、视图层次深度调节单元、缩略图呈现单元、可视化编码形式切换单元和鱼眼功能选择单元；

所述主区域呈现单元用于在主区域呈现层次化数据的节点间关系及其层次结构；

所述视图层次深度调节单元用于对当前视图显示的层次深度进行调节；

所述缩略图呈现单元用于以缩略图的形式呈现当前深度视图在上一层视图中的位置概况；

所述可视化编码形式切换单元，用于动态的在三种可视化编码形式之间自由选择；

所述鱼眼功能选择单元，用于鱼眼查看功能的开启和关闭；

所述可视化编码形式切换单元包括层次圆布局编码形式切换单元、Voronoi树图编码形式切换单元、层次圆布局和Voronoi树图的嵌套形式编码形式切换单元；

基于面向层次化数据的交互可视装置的面向层次化数据的交互可视方法，具体步骤为：

步骤一：获取层次化数据对象，根据层次化数据特点、应用场景特征和用户特定需求设定适当的权值映射函数；

步骤二：通过权值映射函数定义层次化数据各节点权值；

步骤三：选择圆空间或任意多边形空间表示层次化数据的根节点；

步骤四：根据层次化数据各节点的权值将其它节点表示为特定半径的圆，圆形区域的面积用于表示该节点的权值；

步骤五：利用圆布局方法生产其层次圆排列；

步骤六：生成交互可视界面。

所述步骤一的具体步骤为：

(1-1)获取当前实施例的层次化数据对象；

(1-2)在充分考虑层次化数据的数据特点、不同的应用场景特征和用户特定需求的前提下，分析当前层次化数据对象，设计相应的权值映射函数。

所述步骤二的具体步骤为：

（2-1）关注层次化数据中的任何一个属性或其组合特征；

（2-2）选择步骤（2-1）关注的特征作为权值映射函数的设计标准,对于层次化数据的叶子节点，将该特征直接作为层次化数据叶子节点的权值；对于非叶子节点，则用其子节点的权值和作为该节点的权值。

所述步骤三选择圆空间或任意多边形空间表示层次化数据根节点，其中值得注意的是，用于表示层次化数据根节点的空间可以是圆形状空间或任意形状的多边形空间；所选择的空间区域大小也是任意的，因为本发明的交互可视方法关注的是表示节点在空间区域中所占的大小比例而非其绝对大小。

所述步骤五的具体步骤为：

（5-1）设定一个形状和大小都确定的二维区域Ω∈R²，在这个区域中设有n个已知半径为

的圆

各圆的圆心坐标排列组成X＝(x₁，x₂，···，x_n)，x_i为圆C_i的圆心坐标；

（5-2）设定一个极小的初始缩放因子k∈R，k＞0；

（5-3）将圆C_i的半径修改为kr_i，i为正整数；

（5-4）把X转换为权值为(kr_i)²的加权散点集P＝{p₁，p₂，···，p_n};

（5-5）构造Ω中的P封闭能量图

（5-6）计算Ω_i的最大内接圆MIC_i，圆心为

半径为

（5-7）

若k^*＝k，转到（5-9），反之转到（5-8）,其中k^*表示当前迭代中k的可取值；

（5-8）

即圆C_i的圆心修改为

转到（5-3）；

（5-9）输出当前X＝(x₁，x₂，···，x_n)和k。

本发明的有益效果：

1，本发明给出一种面向层次化数据的交互可视方法及相关装置，对层次化数据进行可视化，生成其对应的层次圆排列，能够清晰的表现其层次化结构；

2，本发明提出的圆布局方法以加权Voronoi图和全局优化为理论基础，算法高效，且易于理解与实现，能够实时对层次圆排列进行优化调整，具有可以在圆形区域或任意多边形区域内进行圆布局，能够获得最优的空间利用率，划分区域长宽比一致的优点；

3，本方法最终生成的层次圆布局自然的对应于一个Voronoi树图，因此可为用户提供层次圆布局，Voronoi树图和两者的嵌套形式三种可视化编码形式。

4，本方法提供多种交互方式：用户可以动态的在三种可视化编码形式之间自由切换；对于特定视图支持快速的放缩操作，用户可以交互的选择查看不同深度的视图，并对当前视图显示的层次深度进行动态调节；支持焦点突出的鱼眼视图，有效的感知节点上下文信息；用户可以交互的对层次化数据进行局部更新，比如特定数据节点的动态插入，删除或数据值的修改。

5，本方法可应用于多点触控设备上，既可用于处理一般数据量的层次化数据，也可以用于处理大规模数据集，可以直接用于博物馆文物展示、自然科学馆生物分类进化显示、数字化商品陈列、个人文件系统管理等多处场合；附图说明

图1为层次化数据实例图；

图2为Circular树图实例图；

图3示出了根据本发明的实施例的交互可视方法及装置的界面图；

图4示出了图3中交互可视方法的流程框架图；

图5示出了图3中交互可视方法中的布局方法流程图；

图6示出了图5中布局方法提供的三种可视化视图；

图7a示出了以图6中层次圆布局为例的效果图(顶层视图)；

图7b示出了以图6中层次圆布局为例的效果图(第二层视图)；

图7c示出了以图7b中层次圆布局为例的鱼眼视图实例；

图7d示出了以图7b中删除特定节点的效果图；

图7e示出了以图7b中修改特定节点权值的效果图；

图8示出了根据本发明的交互可视装置的原理框架图；

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1给出了一个文件系统层次化数据的实例，以此为例说明节点权值映射函数的设计和应用过程。文件系统层次化数据有很多属性，比如名称、大小、文件类型、修改日期等。用户可能对这些属性中的任何一个或其组合特征产生关注，假设当前用户关注的属性是文件大小，选择文件大小作为权值映射函数的设计标准，对于层次化数据的叶子节点直接将其文件的大小数据值作为该节点的权值，对于非叶子节点用其子节点的权值和作为该节点的权值。图3为根据本发明的实施例的交互可视方法及装置的界面图。如图3所示，本发明实施例的交互可视装置主要包括：主区域呈现单元301，视图层次深度调节单元302，缩略图呈现单元304，可视化编码形式切换单元307以及鱼眼功能选择单元311。其中，主区域呈现单元是交互可视界面中最重要的可视区域，其它单元主要为主区域呈现单元提供辅助的交互控制功能。

主区域呈现单元301,用于呈现层次化数据的节点间关系及层次结构。当前界面应用的实施例是一个至少三层的层次化结构数据，且各个节点都有其相应权值。如图3所示，主区域呈现单元301表现了层次化数据的上三层结构的节点间关系和层次结构。其中，根节点用一个正六边形区域表示，其它节点用圆形区域表示，各节点对应区域的面积对应该节点的权值，各节点对应区域所填充的灰色颜色深度随着层次的加深而依次递增，本发明在具体实施过程中还可以选择不同的彩色颜色对节点对应区域进行填充，用于表现数据节点的其它信息；在每个节点的对应区域内，对该节点的子节点对应的区域进行布局，如图10个紧密排列而又相互不重叠的圆形区域表示了根节点的10个子节点。

视图层次深度调节单元302，用于对当前视图显示的层次深度进行调节。如图3所示，视图层次深度调节单元302设计为一个滚动条的形式，指示滑块303指向数字“3”位置，表示主区域呈现单元301显示了当前实施例的层次化数据前三层深度的视图。缩略图呈现单元304，用于以缩略图的形式呈现当前深度在上一层视图中的位置概况。缩略图呈现单元304由两部分组成，分别是上一层视图的缩略图和当前视图深度下最外层节点对应区域的轮廓，且该轮廓与缩略图中相应位置的轮廓重叠，并突出显示。如图3中，由于当前主区域呈现单元301显示的是层次化数据的顶层视图，不存在视图的上一层，因此缩略图呈现单元304用一个实线表示的小正六边形305表示根节点对应区域的轮廓在顶层视图缩略图306中的位置概况。若当前主区域呈现单元301呈现的是第二层视图，则缩略图呈现单元304则当表现第二层视图节点对应区域轮廓在顶层视图中的位置概况。可视化编码形式切换单元307，用于动态的在三种可视化编码形式之间自由选择。如图3所示，可视化编码形式切换单元307有三个组成部分，分别是层次圆布局编码形式切换单元308，Voronoi树图编码形式切换单元309，层次圆布局和Voronoi树图的嵌套形式编码形式切换单元310。鱼眼功能选择单元311，用于鱼眼查看功能的开启和关闭，图2为Circular树图实例图。

图4为根据本发明的实施例的交互可视方法的流程框架图。其中，步骤401-402为数据可视化中的数据预处理过程，步骤403-405为可视化编码生成过程，由步骤406进入具体的界面交互过程。首先通过步骤401获取当前实施例的层次化数据对象。在充分考虑层次化数据的数据特点、不同的应用场景特征和用户特定需求的前提下，对步骤401获取的层次化数据对象进行进一步分析，设计适当的权值映射函数，使用该映射函数通过步骤402为层次化数据各节点定义权值。如图1给出了一个文件系统层次化数据的实例，以此为例说明节点权值映射函数的设计和应用过程。文件系统层次化数据有很多属性，比如名称，大小，文件类型，修改日期等等，用户可能对这些属性中的任何一个或其组合特征产生关注，假设当前用户关注的属性是文件大小。选择文件大小作为权值映射函数的设计标准，对于层次化数据的叶子节点直接将其文件的大小数据值作为该节点的权值，对于非叶子节点用其子节点的权值和作为该节点的权值。定义出层次化数据各节点权值后，通过步骤403选择圆空间或任意多边形空间表示层次化数据根节点。值得注意的是，用于表示层次化数据根节点的空间可以是圆形状空间或任意形状的多边形空间；在不考虑用户交互的前提下，所选择的空间区域大小也是任意的，因为本发明的交互可视方法关注的是表示节点权值的空间区域间的大小比例而非其绝对大小。然后，步骤404根据层次化数据各节点的权值将其它节点表示为特定半径的圆，该圆形区域的面积用于表示该节点的权值。在每个节点的对应区域内，对该节点子节点的对应圆形区域通过步骤405使用本发明提出的圆布局方法生成一个层次圆排列布局。通过步骤406生成最终的交互可视界面。

根据本发明的实施例的交互可视方法的流程框架图中的步骤405，用本发明提出的圆布局方法生成层次化数据的层次圆排列。如图5给出了本发明圆布局方法的流程图，在每个节点的对应区域内，对该节点的子节点所对应圆通过步骤五使用本发明提出的圆布局方法生成一个层次圆排列布局。

从整体上讲，本发明的圆布局方法以递归的形式，从层次化数据的根节点出发，依次在每个节点的对应区域内，为其子节点的对应圆形区域进行布局，直到为所有的非叶子节点完成布局为止。对于特定的一个非叶子节点中的对应圆布局问题，用一个实时求解能量最小化的方法解决。该方法以加权Voronoi图和几何优化为理论基础，能够实时对圆布局进行优化调整，算法高效，且易于理解与实现，可以在圆形区域或任意多边形区域内进行圆布局，能够获得最优的空间利用率。该方法生成的层次圆布局自然的对应于一个Voronoi树图，因此可为用户提供层次圆布局，Voronoi树图或两者的嵌套形式三种可视化编码形式。

对于层次化数据中一个非叶子节点的对应圆布局问题，可以表述为求解一个在给定大小的圆形区域或任意多边形区域中，确定一组圆的位置和半径的问题，并且要求：

●这组圆都在给定区域内部；

●这组圆中任意两圆不重叠；

●最大化这组圆的面积和。

用形式化的数学语言表述为：给定一个确定形状和大小的区域Ω∈R²，不妨假设区域Ω的面积为|Ω|＝1，以及n个半径为的圆

在R²空间中这样一组圆的排列可以表示为X=(x₁,x₂，···，x_n)，这里的x_i为圆C_i的圆心坐标。为每个圆引入一个缩放因子k∈R，k＞O，即所有圆的半径变为(kr_i)²，我们将经过统一缩放的圆表示为

这n个圆在空间R²中进行任意布局，要求每个圆

必须包含在区域Ω中，各圆两两不重叠，并且最大化整体放缩后n个圆的面积和

由于

为常数，因此最大化整体放缩后所有圆的面积和

即最大化k。可以用一个最优化问题的形式表述上述问题为：

通过上文论述，将求解一个在给定大小的圆形区域或任意多边形区域中，确定一组圆的位置和半径的问题，转换为一个求解圆排列的最优化问题。

本发明采用一种类似求解重心Voronoi图(Centroidal Voronoi tessellation,CVT)的方法求解该问题。给定一个有限区域Ω和一组站点X＝{x_i}，我们把每个站点x_i对应的Voronoi区域与Ω的交定义为x_i的Voronoi单元，记做V_i。一个单元V_i的重心c_i定义为

其中dσ为面积积分因子，x为单元V_i内的任一点。如果每个站点x_i和它的Voronoi单元V_i的重心c_i重合，我们称站点集合X的Voronoi图为其重心Voronoi图。Lloyd方法是一种经典的求解重心Voronoi图的方法，该方法是一个迭代的确定性算法，Lloyd方法在每次的迭代的过程对于每个站点x_i，计算其Voronoi单元的重心c_i，令c_i代替原来的x_i。

本发明对Lloyd方法进行了推广，用能量图(Power Diagram)代替其中的Voronoi图。能量图是由Auernhammer提出的一种加权Voronoi图。令P＝{p₁，p₂，···，p_n}为R^m空间中一个散点集，P中的每个点p_i被赋予一个权值w_i，w_i＞O，i＝1，2，···，n。R^m空间中任一点p到散点集P中的任一点p_i的能量距离定义为：

d_w(p，p_i)＝||p-p_i||²-w_i.

以能量距离为准则对R^m空间进行划分，定义V(p_i)为与散点p_i关联的区域，有：

$V\left(p_i\right)=\{p\∈R^m|d_w(p,p_i)\≤d_w(p,p_j),\∀p_j\∈P\}.$

定义V(p_i)，i＝1，2，···，n的集合为散点集P的能量图。

给定一个封闭区域

,令Ω_i表示V(p_i)与Ω的交集部分，有：

Ω_i＝V(p_i)∩Ω.

则所有Ω_i的并集即为区域Ω，称Ω_i为p_i的单元，定义所有Ω_i构成在区域Ω中P的封闭能量图。

在2D空间中，给定封闭区域Ω，以及区域Ω中对应权值为w_i，wi＞0，i＝1，2，···，n的散点集P＝{p₁，p₂，···，p_n}，对于权值为w_i的点p_i，可以将其看做一个半径为

圆心为p_i的圆，从而可以将加权散点集P=(p₁,p₂,···,p_n}看做封闭区域Ω中的一个圆排列，反之，也可以将封闭区域Ω中半径为

的圆

的一个排列X＝(x₁，x₂，···，x_n)看做对应权值为

的散点集P＝{p₁，p₂，···，p_n}，其中点p_i的坐标对应圆C_i的圆心c_i坐标x_i。

基于此，本发明中圆布局方法的基本思路为：首先为缩放因子k设定一个初始值，在封闭区域Ω中为圆给定一个初始圆排列X＝(x₁，x₂，···，x_n)然后我们可以将当前圆排列对应成一个权值为(kr_i)²的散点集P＝{p₁，p₂，···，p_n}，计算其能量图，借助其能量图的性质对散点P的位置及其权值进行不断优化，直到达到最优化要求，从而求解出圆排列的最优化问题。

本发明提出的圆布局方法能够为层次化数据生成其对应的层次圆排列，该方法以加权Voronoi图和全局优化为理论基础，算法高效，且易于理解与实现，可以在圆形区域或任意多边形区域内进行圆布局，能够获得最优的空间利用率。该可视化方法能够实时对圆布局进行优化调整，因此用户可以交互的对层次化数据进行局部更新，比如特定数据节点的动态插入，删除或数据值的修改。该方法最终生成的层次圆布局自然的对应于一个Voronoi树图，因此可为用户提供层次圆布局，Voronoi树图或两者的嵌套形式三种可视化编码形式。

在本发明的实施例中，提供多种交互方式，可应用于多点触控设备上。首先可以根据用户的需要动态在三种可视化编码形式之间自由切换。对于特定视图支持快速的放缩操作，用户可以交互的选择查看不同深度的视图，并对当前视图显示的层次深度进行动态调节；支持焦点突出的鱼眼视图，有效的感知节点上下文信息。该可视化方法能够实时对圆布局进行优化调整，因此用户可以交互的对层次化数据进行局部更新，比如特定数据节点的动态插入，删除或数据值的修改。下面以附图为例详细介绍其交互过程。

图6a、图6b、图6c示出了图5中布局方法提供的三种可视化编码形式实例,用户可通过图3中的可视化编码形式切换单元307动态的在三种可视化编码形式之间自由选择。在可视化编码形式切换单元307中，用户点击层次圆布局编码形式切换单元308，则在主区域呈现单元301呈现层次圆布局编码形式，如图6a中601所示；用户点击Voronoi树图编码形式切换单元309，则在主区域呈现单元301呈现Voronoi树图编码形式，如图6b中602所示；用户点击层次圆布局和Voronoi树图的嵌套形式编码形式切换单元310，则在主区域呈现单元301呈现层次圆布局和Voronoi树图的嵌套形式编码形式，如图6c中603所示。其中，图6a中601所示的层次圆布局编码方法优点在于能够清晰的显示层次化数据的层次结构，提供最优的空间利用率。图6b中602所示的Voronoi树图方式相比层次圆布局编码方法，优势在于能够达到100%的空间利用率，但其缺点是层次结构表现的并不明显。图6c中603所示的第三种布局方式能够结合前两者的优势，即能清晰的显示层次结构，也能达到较高的空间利用率。

本发明为层次化数据可视化视图的查看提供两种工具，一方面用户可以通过鼠标或触摸的方式选择查看不同深度的视图，并对当前视图显示的层次深度进行动态调节。另一方面为用户提供鱼眼视图查看功能，能够在很大程度上改善焦点与上下文的问题。

如图7a，当前主区域呈现单元701呈现的是层次化数据的顶层视图，不存在视图的上一层，因此当前的缩略图呈现单元703用一个实线表示的小正六边形704表示根节点对应区域的轮廓在顶层视图缩略图705中的位置概况。用户通过点击的方式选择了中间部分的702节点的进入第二层视图，效果如图7b。图7b中主区域呈现单元706呈现了层次化数据的第二层视图707，当前缩略图呈现单元710用一个实线表示的小圆形709表示当前视图最外层节点在顶层视图中的位置概况，用户可以通过缩略图呈现单元710清晰的看到总体情况，这在一定程度上解决了焦点与上下文的问题。

为了更好的解决视图查看中的焦点与上下文问题，本发明还提供了鱼眼视图查看功能，用户可通过鼠标或触摸的方式，点击图3中的鱼眼功能选择单元311，对其进行开启或关闭。如图7b，若用户当前的视图焦点在节点708，若鱼眼功能处于开启状态，则图7c为当前鱼眼功能的效果图。本发明提出的圆布局方法能够实时对圆布局进行优化调整，只需要增加用户感兴趣的节点权值，并相应减小其它节点权值,可以自然的实现鱼眼效果，如图7c。

本发明的可视化方法能够对圆布局进行实时优化调整，用户可以交互的对层次化数据进行局部更新，比如特定数据节点的动态插入，删除或数据值的修改。如图7d为删除图7b中节点708后的当前界面效果图，图7e为增加图7b中节点708的权值后的界面效果图。

如图8给出了根据本发明的交互可视装置的原理框架图。其中801模块用于表示本发明提出的圆布局方法。802模块为可视化呈现单元，包括两个子单元，分别是803的主区域呈现单元和804的缩略图呈现单元。模块801为模块802可视化呈现单元提供可视化编码方法，由主区域呈现单元803作为主要的可视化呈现装置单元，缩略图呈现单元804作为辅助呈现单元。模块805为本发明的交互可视装置的交互控制单元，包括鱼眼功能选择单元806，视图层次深度调节单元807以及可视化编码形式切换单元808。交互控制单元805对可视化呈现单元802进行交互控制，用户通过与交互控制单元805的交互，可以实现对可视化呈现单元802的交互控制。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (1)

1.一种面向层次化数据的交互可视装置，它包括主区域呈现单元、视图层次深度调节单元、缩略图呈现单元、可视化编码形式切换单元和鱼眼功能选择单元，

所述主区域呈现单元用于在主区域呈现层次化数据的节点间关系及其层次结构；

所述视图层次深度调节单元用于对当前视图显示的层次深度进行调节；

所述缩略图呈现单元用于以缩略图的形式呈现当前深度视图在上一层视图中的位置概况；

所述可视化编码形式切换单元，用于动态的在三种可视化编码形式之间自由选择；

所述鱼眼功能选择单元，用于鱼眼查看功能的开启和关闭；

所述可视化编码形式切换单元包括层次圆布局编码形式切换单元、Voronoi树图编码形式切换单元、层次圆布局和Voronoi树图的嵌套形式编码形式切换单元；

其特征是，利用面向层次化数据的交互可视装置的面向层次化数据的交互可视方法，具体步骤为：

步骤一：获取层次化数据对象，根据层次化数据特点、应用场景特征和用户特定需求设定适当的权值映射函数；

步骤二：通过映射函数定义层次化数据各节点权值；

步骤三：选择圆空间或任意多边形空间表示层次化数据的根节点；

步骤四：根据层次化数据各节点的权值将其它节点表示为特定半径的圆，圆形区域的面积用于表示该节点的权值；

步骤五：利用圆布局方法生产其层次圆排列；

步骤六：生成交互可视界面；

所述步骤一的具体步骤为：

(1-1)获取当前实施例的层次化数据对象；

(1-2)在充分考虑层次化数据的数据特点、不同的应用场景特征和用户特定需求的前提下，分析当前层次化数据对象，设计相应的权值映射函数；

所述步骤二的具体步骤为：

（2-1）关注层次化数据中的任何一个属性或其组合特征；

（2-2）选择步骤（2-1）关注的特征作为权值映射函数的设计标准,对于层次化数据的叶子节点，将该特征直接作为层次化数据叶子节点的权值；对于非叶子节点，则用其子节点的权值和作为该节点的权值；

所述步骤五的具体步骤为：

（5-1）设定一个形状和大小都确定的区域Ω∈R²,在这个区域中设有n个已知半径为

的圆

各圆的圆心坐标排列组成X＝(x₁，x₂，…，x_n)，X_i为圆C_i的圆心坐标；

（5-2）设定一个极小的初始缩放因子k∈R，k>0;

（5-3）将圆C_i的半径修改为kr_i，i为正整数；

（5-4）把X转换为权值为(kr_i)²的加权散点集P＝{p₁，p₂，…，p_n}；

（5-5）构造Ω中的P封闭能量图

（5-6）计算Ω_i的最大内接圆MIC_i，圆心为半径为 ${\tilde{r}}_i={\max }_{q\∈{\∂\mathrm{\Ω}}_i}{\min }_{p\∈{\∂\mathrm{\Ω}}_i}\left|\right|p-q\left|\right|;$

（5-7）

若k^*＝k，转到（5-9），反之转到（5-8）,其中k^*表示当前迭代中k的可取值；

（5-8）

即圆C_i的圆心修改为

转到（5-3）；

（5-9）输出当前X＝(x₁，x₂，…，x_n)和k。

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