專利名稱：網(wǎng)狀關系的動態(tài)可視化顯示方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種圖的表示方法，特別涉及一種網(wǎng)狀關系圖形的動態(tài)可視化顯示方法。
背景技術：
圖是在很多領域廣泛使用的一種數(shù)據(jù)結(jié)構。現(xiàn)實世界中各種復雜關系也往往通過 抽象成網(wǎng)狀關系，使用網(wǎng)狀關系圖形來表示。復雜的網(wǎng)狀關系圖形的表示是一個難題。首先，錯綜復雜的網(wǎng)狀關系如果不分主 次的呈現(xiàn)在用戶面前，用戶不可能從網(wǎng)狀關系圖中看出各個節(jié)點的聯(lián)系，從而無法從關系 圖中獲得需要的信息。其次，網(wǎng)狀關系圖形中，每個節(jié)點的關聯(lián)節(jié)點和關聯(lián)關系的數(shù)目是不 一樣的。在展示網(wǎng)狀關系圖形時，如果將用戶關心的節(jié)點放在屏幕中間，為了使關聯(lián)的各個 節(jié)點在屏幕上均勻分布，需要先獲取與中心節(jié)點關聯(lián)的所有節(jié)點的信息，從而導致圖形展 示的效率降低。如果在圖形展示的過程中增加或者刪除某個節(jié)點，則會導致需要對所有節(jié) 點的信息進行重新計算，才能保持各個節(jié)點的均勻分布。而且，傳統(tǒng)的使用點和線表示圖形 的方法過于呆板。隨著各種媒體展示技術的發(fā)展，人們希望尋求一種更加生動、有趣、能夠 吸引用戶眼球的表現(xiàn)方式來表示網(wǎng)狀關系圖形，不僅能將圖形生動的展現(xiàn)在用戶的面前， 還能與用戶進行交互，使用戶可以動態(tài)的對圖形進行修改，例如增加或者刪除圖形中的節(jié) 點。但是，在現(xiàn)有技術中，未見有相關表示方法的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的缺點，提供一種能夠向用戶動態(tài)展示網(wǎng)狀關系 的方法。本發(fā)明的思想是在圖結(jié)構的表示中，使用帶電荷的質(zhì)點表示節(jié)點，用彈簧表示節(jié) 點之間的連接，從而將網(wǎng)狀關系圖模擬成一個物理系統(tǒng)，生動地表現(xiàn)出圖的關系節(jié)點之間 帶有同種電荷相斥而相互遠離，彈簧約束各個節(jié)點，如此圖結(jié)構的各個節(jié)點能夠自然地在 空間中分布，尋找穩(wěn)定位置。通過加入適當?shù)淖枘?，可以讓系統(tǒng)順利地進入平衡狀態(tài)。本發(fā)明提供了一種網(wǎng)狀關系的動態(tài)可視化顯示方法，包括以下步驟—、將所有節(jié)點模擬成帶同種電荷的質(zhì)點；節(jié)點具有質(zhì)量，在力的作用下會在空間中產(chǎn)生加速度而移動。同時，所有的節(jié)點都 具有同種電荷，會相互排斥，避免相互重疊。在應用中，每個節(jié)點可以表現(xiàn)為一個可交互操作的面板，可在其上展示該節(jié)點的 所有內(nèi)容，例如標題、文字描述，甚至圖片、視頻和音頻。節(jié)點的外觀大小和質(zhì)量可以用來表示節(jié)點的權值。二、將節(jié)點間的關系模擬成彈簧；節(jié)點間的關系也就是圖中的邊被視為遵循胡克定律的彈簧，連接并約束各個節(jié) 點。邊的權值可以用彈簧的勁度系數(shù)來表示。
在應用中，關系可以簡單地表示為一根連線，也可以進行裝飾，或在其上附加對關 系的描述。三、設定各個節(jié)點的初始位置和顯示速度，之后根據(jù)每個節(jié)點所受到的靜電斥力 和彈簧拉力，計算出下一幀時刻該節(jié)點的位置并顯示。設定節(jié)點的初始位置有很多種方法，可以根據(jù)具體的應用和需求進行選擇。例如， 可以將用戶最關心的節(jié)點設置在屏幕中央，將與其相關聯(lián)的節(jié)點均勻分布在其周圍，其他 節(jié)點可以暫時不顯示；也可以將所有節(jié)點在屏幕上均勻分布；甚至也可以將所有節(jié)點初始 位置設置在同一個點。即使初始位置的設置很不合理，由于受到靜電斥力和彈簧拉力的作 用，各個節(jié)點會開始運動并達到平衡狀態(tài)。整個圖的每個節(jié)點都受到相互的復雜的力的作用，包括所有其他節(jié)點對它的斥 力，和連接在其上的彈簧的拉力。但是，這個系統(tǒng)仍舊是一個線性系統(tǒng)，這些物理作用符合 疊加原理，因此可以分別計算各個物理作用并進行疊加。所使用的方法并非解析法，而是數(shù) 值法。數(shù)值方法的基本理念是，將連續(xù)的物理過程看做是由一個時間點進行到下一個時間 點的離散的過程。在每個時間點，利用上一個時間點的信息可推出本時間點的情形，是一種 相當簡明的方法。在這類方法中，計算量最小的是顯式積分的方法。

圖1所示是最基本的情形，即節(jié)點A和節(jié)點B通過彈簧相連。在某時刻，設A和B 的坐標分別為rA和rB，都為二維向量；A和B的質(zhì)量分別為mA和mB，電量分別為qA和qB。這 個位置并非一定是平衡位置，且它們正在以各自的速度運動中。根據(jù)靜電斥力的向量形式計算公式，A受到來自B的靜電斥力為
權利要求
1. 一種網(wǎng)狀關系的動態(tài)可視化顯示方法，包括以下步驟一、將所有節(jié)點模擬成帶同種電荷的質(zhì)點；二、將節(jié)點間的關系模擬成彈簧；三、設定各個節(jié)點的初始位置和顯示速度，之后根據(jù)每個節(jié)點所受到的靜電斥力和彈 簧拉力，計算出下一幀時刻該節(jié)點的位置并顯示。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種網(wǎng)狀關系的動態(tài)可視化顯示方法，其特征在于，在步驟 三中為系統(tǒng)加入阻尼，計算節(jié)點位置時需要考慮每個節(jié)點所受到的靜電斥力、彈簧拉力和 阻尼作用力。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種網(wǎng)狀關系的動態(tài)可視化顯示方法，其特征在于，步驟三 中計算下一幀時刻節(jié)點位置的方法為(1)首先計算靜電斥力根據(jù)公式fA= fejf計算兩個節(jié)點間的靜電斥力，將每個節(jié)點受到的所有靜電斥力疊加，計算出節(jié)點受到的總的靜電斥力；其中，其中為靜 電力常量，設置為8. 987X IO9N -πι2 · C_2或者根據(jù)需要設置為其他數(shù)值；rA和rB為兩個節(jié)點 的坐標，都為二維向量；qA和qB為兩個節(jié)點的電量；(2)計算彈簧的拉力對于每個節(jié)點，根據(jù)公式Ta計算出與其相連的所有彈簧的拉力并疊加，得到總的彈簧拉力；其中3 = 4(|^卜1^) ；k為彈簧的勁度系數(shù)，Ltl為彈簧的原始長度；(3)計算節(jié)點下一幀時刻的位置根據(jù)公式計算節(jié)點的加速度，mA為節(jié)點的質(zhì)量；根據(jù)公式U' A = uA+aAAt計算節(jié)點的速度； 根據(jù)公式r' A = rA+ υ ‘ AAt計算節(jié)點的位置。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種網(wǎng)狀關系的動態(tài)可視化顯示方法，其特征在于，步驟三 中計算下一幀時刻節(jié)點位置的方法為(1)首先計算靜電斥力根據(jù)公SfA= h —nP .計算兩個節(jié)點間的靜電斥力，將每個節(jié)點受到的所有靜電斥力疊加，計算出節(jié)點受到的總的靜電斥力；其中，其中為靜 電力常量，設置為8. 987X IO9N -πι2 · C_2或者根據(jù)需要設置為其他數(shù)值；rA和rB為兩個節(jié)點 的坐標，都為二維向量；qA和qA為兩個節(jié)點的電量；(2)計算彈簧的拉力對于每個節(jié)點，根據(jù)公式tA =『^^計算出與其相連的所有彈簧的拉力并疊加，得到總的彈簧拉力；其中，T = -k(|rA-rB|-L0) ；k為彈簧的勁度系數(shù)，L0為彈簧的原始長度；(3)計算阻尼的作用力fA= _cuA其中，c為阻尼系數(shù)，是預先選取的定值，uA為節(jié)點的運動速度；(4)計算節(jié)點下一幀時刻的位置根據(jù)公式
5.根據(jù)權利要求1所述的一種網(wǎng)狀關系的動態(tài)可視化顯示方法，其特征在于，設置各 個節(jié)點初始位置的方法為將用戶最關心的節(jié)點顯示在屏幕中央，并只載入該節(jié)點的所有 鄰接節(jié)點。在用戶選擇了某個鄰接節(jié)點時，將選中的節(jié)點放在屏幕中央，再載入該節(jié)點的鄰 接節(jié)點；新載入的節(jié)點均勻地排列在該節(jié)點周圍，然后讓它們通過物理定律自動地找到合 適位置。
6.根據(jù)權利要求2所述的一種網(wǎng)狀關系的動態(tài)可視化顯示方法，其特征在于，通過對 系統(tǒng)加入各向異性的靜電力或各向異性的阻尼，控制節(jié)點在水平和豎直兩個方向上的分布。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種網(wǎng)狀關系的動態(tài)可視化顯示方法，其特征在于，節(jié)點的 外觀大小和質(zhì)量用來表示節(jié)點的權值。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種網(wǎng)狀關系的動態(tài)可視化顯示方法，其特征在于，每個節(jié) 點表現(xiàn)為一個可交互操作的面板，在其上展示該節(jié)點的內(nèi)容。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種網(wǎng)狀關系的動態(tài)可視化顯示方法，其特征在于，關系的 權值用彈簧的勁度系數(shù)來表示。
10.根據(jù)權利要求1所述的一種網(wǎng)狀關系的動態(tài)可視化顯示方法，其特征在于，展示關 系時，在其上附加對關系的描述。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種網(wǎng)狀關系圖形的動態(tài)可視化顯示方法，包括以下步驟一、將所有節(jié)點模擬成帶同種電荷的質(zhì)點；二、將節(jié)點間的關系模擬成彈簧；三、設定各個節(jié)點的初始位置和顯示速度，之后根據(jù)每個節(jié)點所受到的靜電斥力和彈簧拉力，計算出下一幀時刻該節(jié)點的位置并顯示。本發(fā)明將網(wǎng)狀關系模擬為由帶電荷質(zhì)點和彈簧組成的真實物理系統(tǒng)，從而提供了一種生動、有趣、能夠吸引用戶眼球的表現(xiàn)方式來表示網(wǎng)狀關系圖形，也使網(wǎng)狀關系的表示更加靈活。
文檔編號G06T11/00GK102136152SQ201110099030
公開日2011年7月27日 申請日期2011年4月20日 優(yōu)先權日2011年4月20日
發(fā)明者代濤, 孫曉北, 安新穎, 方安, 李揚, 池慧, 洪娜, 王敏, 胡世平, 鐘華, 錢慶, 高東平 申請人:中國醫(yī)學科學院醫(yī)學信息研究所