[发明专利]一种基于球极映射的非结构化数据可视化方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机信息处理及可视化技术领域，具体涉及一种基于球极映射的非结构化数据可视化方法。

背景技术

信息可视化最早在2005年美国安全局建立的国家可视化及分析中心组织的研讨会上提出，它主要研究如何通过交互式的可视界面辅助用户进行分析推理，提供辅助用户分析决策的工具和技术，使用户能够从海量、动态、模糊的数据中综合分析信息并洞察隐藏的规律和模式等。目前，随着计算机技术、存储技术以及网络技术的发展，按层次结构(通常也称为树形结构)组织数据并进行可视化是在有限空间内呈现海量信息的一种最佳方式，如XML数据、计算机文件系统、图书目录、物种分类等均采用此结构，层次信息可视化是信息可视化中的一个研究热点领域。

目前已有一些层次化信息可视化技术。其中Walrus(参见D.Krioukov，F.Papadopoulos，M.Kitsak，A.Vahdat，and M..Hyperbolic geometry of complex networks.Physical Review E.82(3)：36-45)采用一种三维双曲树的节点布局方法，被应用于大型网络层次信息如网络结构等的可视展示与分析。三维嵌套园(参见W.Wang，H.Wang，G.Dai and H.Wang.Visualization of large hierarchical data by circle packing.Proceedings of the SIGCHI conference on Human Factors in computing systems.Montréal，Québec，Canada：ACM，2006.517-520)模拟了数学上韦恩图的模型，采用一种嵌套结构来反映层次关系，被应用于大规模电脑文件系统的层次展示。但是这些已有的层次信息可视化技术不适用于影像等非结构化数据，表现在：1)这些方法采用带有简单标注信息、大小相同的圆点或者矩形来表示节点，不能直观反映节点本身的数据细节。2)非结构化数据包含相互依赖、且具有内部层次关联的元数据项，现有的层次信息可视化技术不能对这些元数据项及其相互关系进行呈现。

本发明面向非结构化数据，提供了一种兼顾可视节点细节和节点全局上下文语境的可视化方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于球极映射的非结构化数据可视化方法，是一种面向非结构化层次信息的可视组织与分析方法，可以对非结构化数据节点内容进行展示，并对节点所包含的元数据项及其依赖关系进行直观呈现，从而帮助用户发现海量的非结构化层次信息中隐藏的规律和模式，辅助用户认知和决策。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于球极映射的非结构化数据可视化方法，其步骤包括：

1)提取非结构化数据的节点内容特征，基于内容相似度对所述非结构化数据进行物理组织和存储，并构建相似度伸展树；

2)对所述相似度伸展树进行平面布局，得到树节点的二维坐标；

3)基于球极投影对所述平面布局的相似度伸展树进行复球面投影，得到相似度伸展树的三维布局信息；

4)根据所述三维布局信息对所述非结构化数据分配三维的展示空间，进行可视化内容展示。

进一步地，步骤1)中，所述非结构化数据包括：文本、图像、视频和三维造型等，所述节点内容特征包括文本的基于分词的词频特征、图像的纹理和轮廓特征、视频的关键帧特征和三维造型的投影轮廓特征等；通过所述节点内容特征的距离计算所述相似度，所述距离包括余弦距离、马氏距离和欧氏距离。

进一步地，步骤2)中，采用改进的放射树布局算法进行所述平面布局，所述改进的放射树布局算法采用基于指数增长和减小的半径分配策略，并为伸展树节点设置标记位。

进一步地，步骤4)中，所述的展示空间为圆柱空间或立方体空间，所述展示的内容包括非结构数据的原始数据和元数据项，所述元数据项包括基本属性、语义特征和应用场景；在进行可视化内容展示时提供四种节点交互功能：视图概览、移动变换、焦点变换和节点细节查询，以支持用户进行交互分析。

本发明的基于球极映射的非结构化数据可视化方法具有如下特性：支持非结构化数据节点内容的直观呈现；支持非结构化数据元数据项如物理属性、语义特征、应用场景的展示；支持数据节点之间基于内容的语义关联分析；支持一种Focus+Context的展示方式；支持可视形态的焦点转移、视图旋转缩放等交互操作。和现有技术相比，本发明的优点和积极效果如下：