[发明专利]一种交互式集合可视化方法及系统

说明书

本发明公开一种交互式集合可视化方法及系统，包括：确定获取的多类数据集合中每个元素在二维空间中的位置，以此为每类集合构建生成树；根据二维空间的每个元素的能量值，对每类集合的生成树基于自适应半径构建能量场；根据不同集合间能量场的重叠区域和独立区域对能量场进行修正和后处理，并将能量场中的等值线作为轮廓边缘；根据交互信息更新生成树和能量场以调整集合轮廓边缘，得到最终可视化结果。通过生成树的构建减少不同生成树之间边的交叉；通过对能量场的修正和后处理，最大程度消除不同集合之间的重叠，同时确保正确展示元素与集合之间的关系；通过交互方式修改树形结构和轮廓，实现对可视化结果的直接编辑。

技术领域

本发明涉及数据可视化技术领域，特别是涉及一种交互式集合可视化方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

集合是数学中的传统话题，按照定义，集合是称为集合元素的无序唯一对象的集合。根据数据点的属性将数据点分组到不同的集合是数据分析的基本步骤。集合可视化(描述元素如何属于集合)通常用作其他可视化之上的叠加，因为它们有助于理解上下文中的集合关系。已有的集合可视化方法可分为以下几种：

1)基于区域的方法；基于区域的方法用曲线围住与集相关联的面积。最早提出的基于区域的集合可视化方法是气泡图(BubbleSet)方法，该方法为集合中的元素找到了最小生成树，然后根据元素的密度计算能量场，从而使用MarchingSquares生成等值线。包含元素的区域本质上是欧拉图，因此可以直观地传达集合的概念。但是，基于区域的方法往往会由于遮挡而产生混乱，使得对于比较密集的可视化效果无效。

2)基于线的方法；基于线的方法使用线来表示集合成员身份并减少混乱。线的交叉仅发生在集合的公共元素上，即不会产生错误的重叠。海带图(KelpDiagram)使用圆形包围每个元素，并将它们与图结构连接起来。但是基于线的方法的重要缺点是线可能会错误地暗示元素的顺序，并且线可能太细而无法被复杂的可视化感知。

3)混合方法；混合技术利用了基于区域和基于线的技术。通过使用线条和填充区域将基于区域的方法和基于线条的方法混合在一起，该方法计算线性特征的最短路径图，然后填充图中的面以创建填充的凸包。

不过这些方法虽均支持通过重新参数化，并重新运行整个布局算法对可视化结果进行编辑，但无法直接操纵可视化的各个部分，可视化结果较差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种交互式集合可视化方法及系统，通过生成树的构建减少不同生成树之间边的交叉；通过对能量场的修正和后处理，最大程度消除不同集合之间的重叠，同时确保正确展示元素与集合之间的关系；通过交互方式修改树形结构和轮廓，实现对可视化结果的直接编辑。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种交互式集合可视化方法，包括：

确定获取的多类数据集合中每个元素在二维空间中的位置，以此为每类集合构建生成树；

根据二维空间的每个元素的能量值，基于自适应半径为每类集合的生成树构建能量场；

根据不同集合间能量场的重叠区域和独立区域对能量场进行修正和后处理，并将能量场中的等值线作为轮廓边缘；

根据交互信息更新生成树和能量场以调整集合的轮廓边缘，得到最终可视化结果。

第二方面，本发明提供一种交互式集合可视化系统，包括：

生成树构建模块，被配置为确定获取的多类数据集合中每个元素在二维空间中的位置，以此为每类集合构建生成树；

能量场构建模块，被配置为根据二维空间的每个元素的能量值，基于自适应半径为每类集合的生成树构建能量场；