专利名称：网状关系的动态可视化显示方法
技术领域：
本发明涉及一种图的表示方法，特别涉及一种网状关系图形的动态可视化显示方法。
背景技术：
图是在很多领域广泛使用的一种数据结构。现实世界中各种复杂关系也往往通过 抽象成网状关系，使用网状关系图形来表示。复杂的网状关系图形的表示是一个难题。首先，错综复杂的网状关系如果不分主 次的呈现在用户面前，用户不可能从网状关系图中看出各个节点的联系，从而无法从关系 图中获得需要的信息。其次，网状关系图形中，每个节点的关联节点和关联关系的数目是不 一样的。在展示网状关系图形时，如果将用户关心的节点放在屏幕中间，为了使关联的各个 节点在屏幕上均勻分布，需要先获取与中心节点关联的所有节点的信息，从而导致图形展 示的效率降低。如果在图形展示的过程中增加或者删除某个节点，则会导致需要对所有节 点的信息进行重新计算，才能保持各个节点的均勻分布。而且，传统的使用点和线表示图形 的方法过于呆板。随着各种媒体展示技术的发展，人们希望寻求一种更加生动、有趣、能够 吸引用户眼球的表现方式来表示网状关系图形，不仅能将图形生动的展现在用户的面前， 还能与用户进行交互，使用户可以动态的对图形进行修改，例如增加或者删除图形中的节 点。但是，在现有技术中，未见有相关表示方法的报道。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺点，提供一种能够向用户动态展示网状关系 的方法。本发明的思想是在图结构的表示中，使用带电荷的质点表示节点，用弹簧表示节 点之间的连接，从而将网状关系图模拟成一个物理系统，生动地表现出图的关系节点之间 带有同种电荷相斥而相互远离，弹簧约束各个节点，如此图结构的各个节点能够自然地在 空间中分布，寻找稳定位置。通过加入适当的阻尼，可以让系统顺利地进入平衡状态。本发明提供了一种网状关系的动态可视化显示方法，包括以下步骤—、将所有节点模拟成带同种电荷的质点；节点具有质量，在力的作用下会在空间中产生加速度而移动。同时，所有的节点都 具有同种电荷，会相互排斥，避免相互重叠。在应用中，每个节点可以表现为一个可交互操作的面板，可在其上展示该节点的 所有内容，例如标题、文字描述，甚至图片、视频和音频。节点的外观大小和质量可以用来表示节点的权值。二、将节点间的关系模拟成弹簧；节点间的关系也就是图中的边被视为遵循胡克定律的弹簧，连接并约束各个节 点。边的权值可以用弹簧的劲度系数来表示。
在应用中，关系可以简单地表示为一根连线，也可以进行装饰，或在其上附加对关 系的描述。三、设定各个节点的初始位置和显示速度，之后根据每个节点所受到的静电斥力 和弹簧拉力，计算出下一帧时刻该节点的位置并显示。设定节点的初始位置有很多种方法，可以根据具体的应用和需求进行选择。例如， 可以将用户最关心的节点设置在屏幕中央，将与其相关联的节点均勻分布在其周围，其他 节点可以暂时不显示；也可以将所有节点在屏幕上均勻分布；甚至也可以将所有节点初始 位置设置在同一个点。即使初始位置的设置很不合理，由于受到静电斥力和弹簧拉力的作 用，各个节点会开始运动并达到平衡状态。整个图的每个节点都受到相互的复杂的力的作用，包括所有其他节点对它的斥 力，和连接在其上的弹簧的拉力。但是，这个系统仍旧是一个线性系统，这些物理作用符合 叠加原理，因此可以分别计算各个物理作用并进行叠加。所使用的方法并非解析法，而是数 值法。数值方法的基本理念是，将连续的物理过程看做是由一个时间点进行到下一个时间 点的离散的过程。在每个时间点，利用上一个时间点的信息可推出本时间点的情形，是一种 相当简明的方法。在这类方法中，计算量最小的是显式积分的方法。
图1所示是最基本的情形，即节点A和节点B通过弹簧相连。在某时刻，设A和B 的坐标分别为rA和rB，都为二维向量；A和B的质量分别为mA和mB，电量分别为qA和qB。这 个位置并非一定是平衡位置，且它们正在以各自的速度运动中。根据静电斥力的向量形式计算公式，A受到来自B的静电斥力为
权利要求
1. 一种网状关系的动态可视化显示方法，包括以下步骤一、将所有节点模拟成带同种电荷的质点；二、将节点间的关系模拟成弹簧；三、设定各个节点的初始位置和显示速度，之后根据每个节点所受到的静电斥力和弹 簧拉力，计算出下一帧时刻该节点的位置并显示。
2.根据权利要求1所述的一种网状关系的动态可视化显示方法，其特征在于，在步骤 三中为系统加入阻尼，计算节点位置时需要考虑每个节点所受到的静电斥力、弹簧拉力和 阻尼作用力。
3.根据权利要求1所述的一种网状关系的动态可视化显示方法，其特征在于，步骤三 中计算下一帧时刻节点位置的方法为(1)首先计算静电斥力根据公式fA= fejf计算两个节点间的静电斥力，将每个节点受到的所有静电斥力叠加，计算出节点受到的总的静电斥力；其中，其中为静 电力常量，设置为8. 987X IO9N -πι2 · C_2或者根据需要设置为其他数值；rA和rB为两个节点 的坐标，都为二维向量；qA和qB为两个节点的电量；(2)计算弹簧的拉力对于每个节点，根据公式Ta计算出与其相连的所有弹簧的拉力并叠加，得到总的弹簧拉力；其中3 = 4(|^卜1^) ；k为弹簧的劲度系数，Ltl为弹簧的原始长度；(3)计算节点下一帧时刻的位置根据公式计算节点的加速度，mA为节点的质量；根据公式U' A = uA+aAAt计算节点的速度； 根据公式r' A = rA+ υ ‘ AAt计算节点的位置。
4.根据权利要求2所述的一种网状关系的动态可视化显示方法，其特征在于，步骤三 中计算下一帧时刻节点位置的方法为(1)首先计算静电斥力根据公SfA= h —nP .计算两个节点间的静电斥力，将每个节点受到的所有静电斥力叠加，计算出节点受到的总的静电斥力；其中，其中为静 电力常量，设置为8. 987X IO9N -πι2 · C_2或者根据需要设置为其他数值；rA和rB为两个节点 的坐标，都为二维向量；qA和qA为两个节点的电量；(2)计算弹簧的拉力对于每个节点，根据公式tA =『^^计算出与其相连的所有弹簧的拉力并叠加，得到总的弹簧拉力；其中，T = -k(|rA-rB|-L0) ；k为弹簧的劲度系数，L0为弹簧的原始长度；(3)计算阻尼的作用力fA= _cuA其中，c为阻尼系数，是预先选取的定值，uA为节点的运动速度；(4)计算节点下一帧时刻的位置根据公式
5.根据权利要求1所述的一种网状关系的动态可视化显示方法，其特征在于，设置各 个节点初始位置的方法为将用户最关心的节点显示在屏幕中央，并只载入该节点的所有 邻接节点。在用户选择了某个邻接节点时，将选中的节点放在屏幕中央，再载入该节点的邻 接节点；新载入的节点均勻地排列在该节点周围，然后让它们通过物理定律自动地找到合 适位置。
6.根据权利要求2所述的一种网状关系的动态可视化显示方法，其特征在于，通过对 系统加入各向异性的静电力或各向异性的阻尼，控制节点在水平和竖直两个方向上的分布。
7.根据权利要求1所述的一种网状关系的动态可视化显示方法，其特征在于，节点的 外观大小和质量用来表示节点的权值。
8.根据权利要求1所述的一种网状关系的动态可视化显示方法，其特征在于，每个节 点表现为一个可交互操作的面板，在其上展示该节点的内容。
9.根据权利要求1所述的一种网状关系的动态可视化显示方法，其特征在于，关系的 权值用弹簧的劲度系数来表示。
10.根据权利要求1所述的一种网状关系的动态可视化显示方法，其特征在于，展示关 系时，在其上附加对关系的描述。
全文摘要
本发明涉及一种网状关系图形的动态可视化显示方法，包括以下步骤一、将所有节点模拟成带同种电荷的质点；二、将节点间的关系模拟成弹簧；三、设定各个节点的初始位置和显示速度，之后根据每个节点所受到的静电斥力和弹簧拉力，计算出下一帧时刻该节点的位置并显示。本发明将网状关系模拟为由带电荷质点和弹簧组成的真实物理系统，从而提供了一种生动、有趣、能够吸引用户眼球的表现方式来表示网状关系图形，也使网状关系的表示更加灵活。
文档编号G06T11/00GK102136152SQ201110099030
公开日2011年7月27日 申请日期2011年4月20日 优先权日2011年4月20日
发明者代涛, 孙晓北, 安新颖, 方安, 李扬, 池慧, 洪娜, 王敏, 胡世平, 钟华, 钱庆, 高东平 申请人:中国医学科学院医学信息研究所