[发明专利]一种复杂节点连接图的模拟力场集束捆绑方法

权利要求书

1.一种复杂节点连接图的模拟力场线束捆绑方法，其特征在于：包括以下步骤:

步骤一、对连接边进行相容性计算：设节点连接图中的所有节点组成集合V，节点之间的边组成集合E，计算边组合集合E中两两边线之间的相容性Ce，定义相容性Ce为边线与边线之间进行捆绑的合理性评价指数，根据边线之间影响捆绑效果的因素，将相容性Ce分解为3个方面：位置相容性Cp，角度相容性Cr，错位相容性Cs；

1)两条边V和W之间位置相容性Cp的计算模型为：

其中Vm和Wm分别为边V和W的中点；

2)设两条边V和W之间角度为α，则角度相容性Cr的计算模型为：

Cr(V,W)＝|cos(α)|

边V和W之间角度α越大，则Cr值越小，表明两条边之间捆绑的合理性越低，当边V和W相互垂直时，则捆绑的合理性为0；

3)定义两条边V和W之间的错位相容性Cs来表征两边之间的错位状态，错位是指两条边在空间上方位重叠的程度，其计算方法为：绘制边V和W的中心线，从一条边W的两端沿垂直于中轴线的方向向另一条边V投射，射线与另一条边V的交点记作I₁和I₂，投影区间I₁ I₂的中点为Im，以相同的方式再从对面的边反向投射一次，投射的两端交点及中点分别记作I'₁、I'₂和I'm，则错位相容性Cs的计算模型为：

当两条边V和W之间有明显的错位时，则错位相容性Cs值越小，表征边V和W之间捆绑的合理性小；

4)基于位置相容性Cp，角度相容性Cr和错位相容性Cs，计算边V和W之间的捆绑相容性Ce,计算模型为：

Ce(V,W)＝Cp(V,W)×Cr(V,W)×Cs(V,W)

当两条边V和W之间存在夹角过大，距离过远，错位明显时，都捆绑的合理性降低；

步骤二、依据捆绑相容性指数Ce对的边组合集合E进行分类，根据类别采用不同的绑定方式；

采用遍历的方式对边组合集合E中的所有边两两之间计算捆绑相容系数Ce，根据Ce的值域0-1，将边线分为2类,并施加不同的捆绑策略：

如果0<Ce<0.2，则不再计算边与边之间的引力作用；

如果0.2<Ce<1，则将Ce作为调节算子加入引力模拟计算；

步骤三、对于参与引力场模拟的边，计算其引力有效区域；

从边V的两端V₁和V₂沿垂直于中轴线的方向向对面的边W投射，若投射点落在边W的内部，则为有效点，否则为无效点，以同样的方式从边W向边V投射，得到有效点V’，则有效点V’与W’在边V和边W上的映射区间V'V₂和W₁W’分别为边V和边W上的有效区间；

从边V上的有效区间V'V₂向中轴线作垂线投射，得到交点O'₁O'₂，则V'V₂ O'₁O'₂和W₁W’O'₁O'₂分别为边V和边W上的引力计算有效区域；

步骤四、对每条边的有效区域进行分段式引力模拟计算

以中轴线为引力源，分别计算边V和边W在有效区域内受中轴线的引力作用，以边V为例，将有效区间V'V₂分段，a1、a2、a3分别为各段的引力作用点，中轴线上相应的分段引力特征点为c1、c2、c3，a1-c1、a2-c2、a3-c3各对节点之间存在引力Fe，边V上的各节点之间存在引力Fs，以引力作用点a2为例，a2受到c2的引力作用Fe,以及节点a1和a2在两侧的牵制引力作用Fs，计算模型分别为：

Fs＝Kv×(||a1-a2||+||a2-a3||)

其中Kv是边V的局部弹性系数，其计算模型为：

Kv＝K/|V|

其中K是边集合的全局弹性系数，由用户根据需要调整；

边V上的节点a2所受的合力为：

F_a2＝Fs+Fe

如果Fe>Fs,则a2节点向c2移动；

如果Fe<Fs,则a2节点向起始位置移动；

F_a2＝Fs+Fe＝0,则a2节点达到力平衡位置；

以上引力场模拟方法迭代循环，对所有边和节点的运算后，则各边的有效区域的引力模拟效果计算完成；

步骤五、边连接线捆绑绘制

以边线的端点和有效区域中的引力作用点为基准，绘制三次样条曲线，得到线束的捆绑效果；

通过迭代循环，对边组合集合E中所有满足0.2<Ce<1的边进行捆绑计算，最终完成整个节点连接视图的线束捆绑绘制。