[发明专利]多叉树数据结构的立体环状可视化方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及计算机软件领域和计算机信息可视化领域，是一种数据与信息的立体可视化显示方法，可以用于数据管理、虚拟现实、人机交互界面等领域的技术实现。 

背景技术

目前，多叉树信息结构的可视化技术大部分局限于单一平面上的可视化实现。也有少量的研究聚焦于多叉树的立体可视化方法。 

1.单一平面可视化方法 

单一平面上的实现途径，是将树状信息的信息以图形(图像)与文字符号的形式，以人眼可见的显示方式，显示在二维平面或曲面上。其关键特征为：用于表达树状信息的图形与文字符号只具有在显示载体二维参数面上的二维定位参数，不具有与显示位置处二维面切平面相交的维度方向参数。与节点定位显示相关的所有运算均不涉及显示载体二维面的二维空间内的空间向量与坐标点以外的空间向量与坐标点。 

现有可视化技术在单一平面上目前采用的可视化方法有两种：1)信息节点以狭长形式展开与收缩，同层节点排布方向与展开及收缩方向相一致；2)同层信息节点的排布方式与展开及收缩方向呈垂直趋势，一个多叉树结构展开后节点均处于一个扇形区域内。 

该类现有技术的缺陷有： 

1)信息表达效率低。受限于多叉树几何拓扑的特点，当平面显示空间中的任意两个正交维度尺寸相近时，必定会出现大量与树状信息结构无关的空白空间。即，现有技术不能在上述类型平面上显示分布密度均等的信息节点。此时，显示平面的实际信息表达能力受到了限制。 

2)空间利用效率低，信息的表达只是在两个方向进行扩展。为了有效利用空间，数据一般在狭长区域进行表达，当节点深度增大，现有技术无法便利的呈现完整的父子关系。 

3)信息观看者在通过视觉途径获取节点信息时，需要在圆心角较小的扇状或是条状平面上进行目视搜索，搜索区域广，搜索时间长，信息的表达不具有令人满意的直观性。 

4)在平面上进行树状信息的表示，使信息观看者产生一种误解趋势，即“多叉数结构的展开及收缩是在二维空间中”进行的。在多叉树的拓扑定义中并不存在该误解中包含的二维空间表达限制。现有技术会造成信息观看人对树状信息中所包含真实拓扑意义产生理解障碍。 

5)节点的展开与收缩容易对节点分布位置产生全局性影响，破坏观看者在信息分析过程中的思维连续性。 

2.立体可视化方法 

多叉树数据结构在立体环境下的可视化方法。其关键特征为：用于表达树状信息的图形与文字符号的坐标需要彼此正交的三个维度的参数才可确定。 

在这些方法中期望解决的问题主要有： 

1)确定节点在三维空间的展开规则，既要有规则可循，又要保证显示效果好； 

2)改善人与数据结构的互动，提高人理解和处理大规模数据的能力。 

该类方法针对1中所述的缺陷，大大提高了空间利用效率和信息表达效率。但仍存在或造成了如下问题： 

1)信息显示密度增大，但显示信息的布局模式变得更加复杂，在某些情况下使用户更难以理解所面对的数据关系； 

2)算法往往较为复杂，大大增加了硬件设备的运算负载。 

发明内容

目的 

本发明的目的在于利用三维空间环状可视化方法实现多叉树信息结构的可视化表达，改善现有技术的上述缺陷。改进目标有如下几点： 

1.对显示区域(二维参数面或三维空间)的实际信息可表达能力进行高效利用，提高信息表达密度，同时保证用户对数据信息的认知接收能力与之相符。 

2.缩小搜索节点时的目视区域，提高信息搜索效率。 

3.将多叉树结构在空间中进行展示，在三维空间中呈现节点的几何形状与位置，便于信息观察者理解信息(节点)间关系。 

4.用户可以自行调整节点信息的显示密度和显示角度，利于用户对多叉树结构的理解和使用。 

技术方案 

本发明为一种多叉树数据结构的立体环状可视化方法(方法步骤流程见图1，方法实施的可视化框架见图2)，其具体步骤如下：