[发明专利]一种基于双曲树的家谱数据可视化方法

权利要求书

1.一种基于双曲树的家谱数据可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：从数据库中提取并构建家族全部成员的基本信息和关系数据，每个成员包含的属性有姓名、性别、昵称、ID、关联ID，其中ID为每个成员唯一拥有，数据类型为INT类型，用于标识成员节点，关联ID用于描述成员之间的关系，与ID的数据类型相同，若某人物节点的关联ID与其他人物节点的ID相同，则认为他们是有联系的，在家谱图中用连线相互连接；

步骤2：将步骤1得到的原始数据通过数据过滤、抽象操作转换为系统易于处理的层次信息结构；

步骤3：在双曲空间内对步骤1获得的家谱数据进行双曲树布局，确定所有节点及子节点的位置；

具体布局时，将树形图的根节点坐标设在双曲空间的中心，然后将根节点周围的扇形区域按照递归方法平均分给其子节点，以此类推，含有子节点的各个结点都将自己的子节点布局在自己的扇形区域里；

步骤4：布局完成后，利用Poincare投影方法将双曲空间内的层次信息结构投影到欧几里得空间进行显示；

步骤5：根据每个节点的所在位置、区域、层级，对其大小、光晕颜色、亮度进行属性设置及调整；

步骤6：根据步骤3得到的布局结果，步骤4得到的映射结果以及步骤5得到的节点属性结果绘制双曲家谱树图，具体包括以下步骤：

步骤6.1)：绘制欧几里得空间中的有限圆面，从双曲空间投影而来的该圆面区域具有中心区域显示面积大，边缘区域显示面积随半径增加而减少的特点；

步骤6.2)：根据布局算法对节点的排列以及投影算法的映射，在圆面区域绘制相应的节点和连线；其中连线为白色弧线，根据节点位置的变化动态改变长短和弧度，节点由人物图片表示，根据节点位置和所在圆盘区域动态改变大小、亮度属性以增加层次感；

步骤7：考虑不同家族成员分布的数据集，分为三度节点分布家谱树、四度节点分布家谱树、五度节点家谱树以及不规则节点分布家谱树，基于五度节点家谱树的实验结果，更换不同数据集进行多次实验，同理执行步骤2~步骤6；

所述步骤2中，将原始数据转换为系统易于处理的层次信息结构，包括以下步骤：

步骤2.1：清洗异常、重复的节点数据；

步骤2.1：提取所有节点的属性，每个节点具化成数据结构中的一个对象；

步骤2.2：根据节点ID将所有节点从小到大排序，ID越小的节点所处的层级越高；

步骤2.3：根据节点的关联ID建立所有节点的对象数组，其中具有相同父节点的子节点对象在同一簇；

所述步骤3中，通过双曲树布局，确定所有节点及子节点的位置，具体步骤如下：

步骤3.1：选定一个节点P，其周围的扇形区域PQR用(r，d)来表示，其中r表示扇形区域的起始角度，d表示扇形区域的大小；

步骤3.2：找出选定节点P的n个子节点{P1，P2，...，Pn}，布局算法的关键在于确定这n个子节点各自的扇形区域{(r1，d1)，(r2，d2)，...，(rn，dn)}，原则是所有子节点在父节点的扇形区域内到父节点P的距离相等，并且使父节点所在扇形的角度与子节点所在扇形的角度相同，即r=r1=r2=...=rn， 以保证动态转移时的平滑性；

步骤3.3：引出PQ1，PQ2为每个子节点分配扇形区域，Q1和Q2为该扇形区域的弧上两点，为了子树间不重叠，分别过P1，P2，...，Pn画PQ1，PQ2的平行线， 这些平行线确定了子树的子扇形区域的大小；

步骤3.4：一个节点布局完成后，对其余节点进行递归调用直到所有节点布局完成；根据前面步骤的结果，第k个子节点的扇形区域为：

(r，d) = (r_p+k*d_p/n，d_p/n)；

所述步骤4中，将双曲平面映射到欧几里得平面的上的Poincare投影方法是把双曲空间映射到欧几里得平面中的一个有限圆内，这个圆称为Poincare圆盘，用来显示在双曲空间内已经布局好的层次信息结构；Poincare圆盘具有如下属性：

1）.Poincare圆盘区域D={(x，y) | x² + y² r²}即区域D是欧几里得平面上半径为r的圆形区域，(x,y)为处于圆盘区域节点的坐标；

2）. 双曲几何角度与欧几里得几何角度一样，Poincare投影又称为等角投影；

在排列结点时，每个结点都会有自己的扇形区域(r，d)；Poincare投影算法将双曲空间的点P映射到这个扇形区域的中心，若这个扇形区域的半径为1，则其两个端点的坐标为(cosr，sinr)，(cos(r+d)，sin(r+d))，中心点P的坐标如下:

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