[发明专利]网状关系的动态可视化显示方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种图的表示方法，特别涉及一种网状关系图形的动态可视化显示方法。

背景技术

图是在很多领域广泛使用的一种数据结构。现实世界中各种复杂关系也往往通过抽象成网状关系，使用网状关系图形来表示。

复杂的网状关系图形的表示是一个难题。首先，错综复杂的网状关系如果不分主次的呈现在用户面前，用户不可能从网状关系图中看出各个节点的联系，从而无法从关系图中获得需要的信息。其次，网状关系图形中，每个节点的关联节点和关联关系的数目是不一样的。在展示网状关系图形时，如果将用户关心的节点放在屏幕中间，为了使关联的各个节点在屏幕上均匀分布，需要先获取与中心节点关联的所有节点的信息，从而导致图形展示的效率降低。如果在图形展示的过程中增加或者删除某个节点，则会导致需要对所有节点的信息进行重新计算，才能保持各个节点的均匀分布。而且，传统的使用点和线表示图形的方法过于呆板。随着各种媒体展示技术的发展，人们希望寻求一种更加生动、有趣、能够吸引用户眼球的表现方式来表示网状关系图形，不仅能将图形生动的展现在用户的面前，还能与用户进行交互，使用户可以动态的对图形进行修改，例如增加或者删除图形中的节点。但是，在现有技术中，未见有相关表示方法的报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺点，提供一种能够向用户动态展示网状关系的方法。

本发明的思想是在图结构的表示中，使用带电荷的质点表示节点，用弹簧表示节点之间的连接，从而将网状关系图模拟成一个物理系统，生动地表现出图的关系：节点之间带有同种电荷相斥而相互远离，弹簧约束各个节点，如此图结构的各个节点能够自然地在空间中分布，寻找稳定位置。通过加入适当的阻尼，可以让系统顺利地进入平衡状态。

本发明提供了一种网状关系的动态可视化显示方法，包括以下步骤：

一、将所有节点模拟成带同种电荷的质点；

节点具有质量，在力的作用下会在空间中产生加速度而移动。同时，所有的节点都具有同种电荷，会相互排斥，避免相互重叠。

在应用中，每个节点可以表现为一个可交互操作的面板，可在其上展示该节点的所有内容，例如标题、文字描述，甚至图片、视频和音频。

节点的外观大小和质量可以用来表示节点的权值。

二、将节点间的关系模拟成弹簧；

节点间的关系也就是图中的边被视为遵循胡克定律的弹簧，连接并约束各个节点。边的权值可以用弹簧的劲度系数来表示。

在应用中，关系可以简单地表示为一根连线，也可以进行装饰，或在其上附加对关系的描述。

三、设定各个节点的初始位置和显示速度，之后根据每个节点所受到的静电斥力和弹簧拉力，计算出下一帧时刻该节点的位置并显示。

设定节点的初始位置有很多种方法，可以根据具体的应用和需求进行选择。例如，可以将用户最关心的节点设置在屏幕中央，将与其相关联的节点均匀分布在其周围，其他节点可以暂时不显示；也可以将所有节点在屏幕上均匀分布；甚至也可以将所有节点初始位置设置在同一个点。即使初始位置的设置很不合理，由于受到静电斥力和弹簧拉力的作用，各个节点会开始运动并达到平衡状态。

整个图的每个节点都受到相互的复杂的力的作用，包括所有其他节点对它的斥力，和连接在其上的弹簧的拉力。但是，这个系统仍旧是一个线性系统，这些物理作用符合叠加原理，因此可以分别计算各个物理作用并进行叠加。所使用的方法并非解析法，而是数值法。数值方法的基本理念是，将连续的物理过程看做是由一个时间点进行到下一个时间点的离散的过程。在每个时间点，利用上一个时间点的信息可推出本时间点的情形，是一种相当简明的方法。在这类方法中，计算量最小的是显式积分的方法。

图1所示是最基本的情形，即节点A和节点B通过弹簧相连。在某时刻，设A和B的坐标分别为r_A和r_B，都为二维向量；A和B的质量分别为m_A和m_B，电量分别为q_A和q_B。这个位置并非一定是平衡位置，且它们正在以各自的速度运动中。

根据静电斥力的向量形式计算公式，A受到来自B的静电斥力为：