專利名稱：一種基于立方體的體育運動賽事信息可視化方法
技術領域：
本發(fā)明涉及信息可視化、計算機圖形學和虛擬現實領域，是一種基于立方體的體育運動賽事信息可視化方法，具體地說是體育賽事信息中多維層次數據的信息可視化方法。
背景技術：
信息可視化是一個跨學科領域，旨在研究抽象數據集的視覺呈現，如非結構化文本或者高維空間當中的點(這些點并不具有固有的二維或三維幾何結構)，以及利用圖形圖像等技術與方法，幫助人們理解和分析數據。層次關系是抽象數據集中普遍存在的一種關系，在不同的應用場景中均有體現。具有層次關系的數據稱為層次數據。層次數據的數據模型一般表示為基于父子關系的類樹形結構，在這種結構中每個父親節(jié)點可以擁有多個兒子節(jié)點，每個兒子節(jié)點僅能擁有一個父親節(jié)點。
體育運動賽事信息，例如賽事賽程、獎牌信息等，大部分屬于多維層次數據，其層次關系不固定且較復雜，甚至具有抽象圖結構。目前，這些信息通常是以文本、表格的形式在網站上展示出來。矩形式樹狀結構圖是一種常用的信息可視化方法，能夠將展示區(qū)域分割為可嵌套的矩形，可視化層次結構數據。其中層次數據樹形結構中的每一個節(jié)點被可視化為一個矩形，兒子節(jié)點所對應的矩形嵌套于父親節(jié)點所對應的矩形中，葉子節(jié)點所對應的矩形大小與葉子節(jié)點的數值大小成正比。矩形式樹狀結構圖可以應用于同層次數據的直觀比較、相鄰層次包含關系的展示。雖然矩形式樹狀結構圖在層次數據的可視化方面具有卓越的性能，但其可視化結果占據了大量的空間，而且用戶難以觀察到一個特定的節(jié)點或者全局的層次結構，也不易在可視化結果中動態(tài)改變可視化數據的層次結構，尤其在可視化體育運動賽事信息這種多維層次數據時，存在一定的局限性。
目前，許多科研工作者致力于矩形式樹狀結構圖的應用與改進研究。美國微軟研究院的馬克史密斯等研究人員于2002年利用矩形式樹狀結構圖可視化了股票市場數據、 圖像瀏覽應用數據、用戶網絡行為以及社會書簽網站中的熱門主題等。荷蘭埃因霍溫科技大學的Wi jk等人在信息可視化大會上提出了填充矩形式樹狀結構圖，在原始矩形式樹狀結構圖中的矩形上添加了陰影效果，克服了在可視化組織結構圖數據時不同節(jié)點的大小難以比較的問題。填充矩形式樹狀結構圖在無需附加元素的情況能夠有效利用展示空間，但其可視化結果難以得到有效的解釋。2006年英國拉夫堡大學和美國斯坦福大學的相關研究人員在信息可視化大會上提出了一種嵌套的矩形式樹狀結構圖，以可視化企業(yè)存儲數據， 該方法在節(jié)點之間綜合利用可變線寬、矩形填充、標注信息等來表現層次關系，雖然不同層次的標注信息被賦予了不同的顏色和位置，但其仍然難以在同一層次上表示標注信息。華盛頓大學的研究人員于2008年在美國計算機學會圖形學大會上提出了一種級聯(lián)的矩形式樹狀結構圖，德國羅斯托克大學的Jurgensmarm等人于2010年在信息可視化大會給出了一種矩形式樹狀結構圖的擴展。但上述研究工作均未解決體育運動賽事中多維數據的可視化問題。
另一方面，在體育運動賽事信息的展示方面也具有一些相關的新穎性工作。美國麻省理工學院和國際商業(yè)機器公司研究院的相關人員于2008年利用其ManyEyes可視化平臺展示了一種體育運動賽事信息的可視化方法。該可視化方法提供多種視圖，但每種視圖所展示的信息是相似的，并且其層次結構的組成較單一，僅僅可視化了體育運動賽事信息中的部分層次結構。美國紐約時報網站于2008年給出了一種基于日歷的體育運動賽事信息展示系統(tǒng)，該系統(tǒng)僅僅能夠展示體育運動賽事中的賽程和獎牌數據，其他數據仍以文本或者表格的形式給出，而且該系統(tǒng)只能從時間維度給出可視化結果，其他層次信息較缺乏。
因此，由于體育運動賽事信息大部分是多維數據，具有較強的層次特點，但其層次關系不固定且較復雜(甚至具有抽象圖結構)，難以利用現有的矩形式樹狀結構圖可視化該類多維數據。發(fā)明內容
本發(fā)明的技術解決問題克服現有技術的不足，提供一種適合體育運動賽事信息展示的信息可視化方法，能夠實現多維數據層次關系的可視化。
本發(fā)明采用的技術方案是一種基于立方體的體育運動賽事信息可視化方法，實現步驟如下
本發(fā)明包括數據采集、數據格式轉換、可視化三個組成部分。在數據采集部分，分析并采集體育運動的賽事數據，把體育運動賽事數據劃分為八個類別，利用相關性描述和連接不同類別的體育運動賽事數據，利用層次表示體育運動賽事中的一類信息類別，利用類別之間的相關性表示層次與層次之間的關系，建立賽事數據的多維層次結構；在數據格式轉換部分，根據用戶請求將采集到的體育運動賽事多維層次數據實例轉化為圖模型可擴展標記語言格式；在可視化部分，定義體育運動賽事信息可視化的立方體布局，在可視化區(qū)域構建一個立方體，用戶為該立方體的每一個維度指定一個層次，建立體育運動賽事數據層次與立方體維度之間的映射關系，利用矩形式樹狀結構圖生成算法和標簽云算法，在層次映射規(guī)則的約束下，為立方體的每個面生成相應的矩形式樹狀結構圖，生成立方體視圖； 提供縮放、返回、旋轉、展開、合并等交互操作，通過展開和合并兩個交互操作，可分別為用戶生成平鋪視圖和矩形視圖，每種交互操作所導致的視圖轉換，均利用動畫方式實現平滑過渡；
從信息可視化的布局出發(fā)，定義并設計一種基于矩形式樹狀結構圖的體育運動賽事信息可視化立方體布局。該立方體布局是一個由六個不同的矩形式樹狀結構圖組成的三維六面體。立方體布局具有三個維度。把立方體的維度映射為體育運動賽事數據中的層次。 把立方體的面映射為可視化層次關系的矩形式樹狀結構圖，每個立方體面上的層次關系是根據映射規(guī)則給出的。映射規(guī)則是一種具體化的立方體維度與面之間的關系，映射規(guī)則所遵循的策略包括對于立方體維度軸所構成的立方體面上所映射的層次關系是通過右手法則確定的；立方體中相對的面，所映射的層次關系是相反的。
基于上述定義和設計的體育運動賽事信息可視化立方體布局，首先，在可視化區(qū)域構建并繪制一個立方體，顯式地標識出立方體的三個軸；然后，根據體育運動賽事數據的層次劃分，用戶分別為立方體的三個軸選擇層次；最后，根據映射規(guī)則和用戶的交互性選擇，為立方體的每個面建立數據層次映射關系。
在映射規(guī)則的約束和映射關系的指導下，利用矩形式樹狀結構圖生成算法和標簽云算法，為立方體的每個面生成相應的矩形式樹狀結構圖，生成立方體視圖，主要包含下述步驟首先，根據映射關系，生成并表示立方體面上的層次數據；然后，根據每個面上的體育運動賽事層次數據，利用平行線將對應的立方體面劃分為較小的矩形區(qū)域，利用標簽在矩形中顯示文本，生成每個面上的矩形式樹狀結構圖。矩形面積由葉子節(jié)點的節(jié)點值確定， 矩形顏色由父親節(jié)點的節(jié)點值確定，標簽文本的字體大小由矩形面積和節(jié)點值共同決定； 最后，根據用戶的視角，利用三維可視化技術，將六個面的矩形式樹狀結構圖繪制到立方體的相應面上，生成立方體視圖。
在立方體視圖上，根據用戶的旋轉交互請求，在三維可視化區(qū)域中旋轉立方體視圖，瀏覽立方體視圖不同面上的矩形式樹狀結構圖，展示相應層次的體育運動賽事數據的可視化結果。在立方體視圖上，根據用戶的展開交互請求，結合立方體的特性，將三維可視化區(qū)域中的立方體視圖，平鋪到二維平面上，同時展示六個立方體面上的矩形式樹狀結構圖，生成平鋪視圖。
在平鋪視圖上，根據用戶的合并交互請求，合并用戶指定的兩個立方體面上的矩形式樹狀結構圖，形成一個包含更多信息量的矩形式樹狀結構圖，即生成矩形視圖。合并操作能夠實現兩個矩形式樹狀結構圖中層次信息的比較。此外，當用戶僅指定一個立方體面執(zhí)行合并操作時，該合并操作是允許執(zhí)行的，此時，合并操作就演化為展示該立方體面上的矩形式樹狀結構圖的過程，即生成矩形視圖就是立方體面上的一個矩形式樹狀結構圖。
在矩形視圖上，用戶雙擊一個矩形區(qū)域，利用漸進式平滑過渡技術，通過動畫讓每一個矩形從開始位置到最終位置緩慢地移動，達到了平滑過渡的目的，展示該矩形區(qū)域的詳細信息。
本發(fā)明與現有的技術相比的有益效果為
(1)本發(fā)明從可視化布局和用戶體驗兩方面出發(fā)，擴展了傳統(tǒng)的矩形式樹狀結構圖可視化方法，能夠可視化體育運動賽事等多維數據的層次關系。
(2)本發(fā)明的可視化方法能夠跨層次可視化體育運動賽事數據，能夠在無需重新組織原始數據及其層次關系的情況下，展示更多的層次關系。
(3)本發(fā)明的立方體布局及其所提供旋轉、展開、合并等操作，充分并合理地利用了可視化空間，實現了不同層次劃分的可視化結果切換，向用戶展示了更豐富的體育運動賽事信息，并能夠便于定制自身所需要的層次可視化信息、比較體育運動賽事信息。


圖1是本發(fā)明的總體結構圖2是本發(fā)明中體育運動賽事數據的多維層次結構示意圖3是本發(fā)明的立方體布局示意圖4是本發(fā)明立方體布局中立方體面所對應的層次數據示意圖5是本發(fā)明立方可視化中的交互操作示意圖6是本發(fā)明立方可視化中展開操作示意圖7是本發(fā)明立方可視化中合并操作示意圖。
具體實施方式
圖1所示，本發(fā)明采用瀏覽器/服務器模式，主要包括數據采集、數據格式轉換、可視化三個組成部分。服務器端包括數據采集和數據格式轉換兩個部分，通過Tomcat響應瀏覽器客戶端的用戶請求，通過對體育運動賽事數據集的訪問為瀏覽器客戶端提供數據支持。瀏覽器客戶端完成可視化部分的相關工作，利用Java Applet技術對數據進行可視化。 瀏覽器客戶端和服務器端的數據交換采用圖模型可擴展標記語言。
數據采集部分主要是分析并采集體育運動的賽事數據，利用層次表示體育運動賽事中的一類信息，建立賽事數據的多維層次結構。通過分析把體育運動賽事數據劃分為賽程、項目、國家、獎牌、時間、運動員/運動隊、賽場、新聞八個類別。利用相關性描述和連接不同類別的體育運動賽事數據，其中賽程類別的數據與項目、時間、賽場、運動員/運動隊等類別的數據具有較強的相關性，項目類別的數據與賽程、國家、獎牌、新聞等類別的數據具有較強的相關性，國家類別的數據與項目、獎牌、新聞等類別的數據具有較強的相關性， 獎牌類別的數據與項目、國家、運動員/運動隊、新聞等類別的數據具有較強的相關性。利用層次表示體育運動賽事數據中的類別，利用類別之間的相關性表示層次與層次之間的關系，參閱圖2本發(fā)明中體育運動賽事數據的多維層次結構示意圖。
根據這種對體育運動賽事數據的層次劃分，設計體育運動賽事數據集的存儲形式。根據所選取數據來源的特點，把數據來源中的WEB頁面解析為HTML標簽，利用Nutch 等網絡爬蟲從數據來源中采集原始數據，存儲到體育運動賽事數據集中，建立體育運動賽事數據的多維層次結構。
數據格式轉換部分的主要功能是根據用戶請求將采集到的體育運動賽事多維層次數據實例轉化為圖模型可擴展標記語言格式，供可視化部分調用。定義圖模型可擴展標記語言為一種可擴展標記語言，將體育運動賽事數據實例之間的多維層次及其關系表示為無向圖，體育運動賽事數據的層次實例表示為節(jié)點，層次實例與層次實例之間的關系表示為節(jié)點與節(jié)點之間的無向邊。其中利用<key>關鍵詞定義體育運動賽事數據的描述屬性， 包括節(jié)點名稱(文本形式)、節(jié)點值(數值形式)等；利用<node>關鍵詞定義節(jié)點，即體育運動賽事數據的層次實例，每個節(jié)點具有唯一標識屬性，節(jié)點的數據屬性利用<data>關鍵詞描述，并參考<key>關鍵詞；利用<edge>關鍵詞定義邊，即層次實例與層次實例之間的關系，每條邊具有唯一標識、起始節(jié)點標識、目標節(jié)點標識三個屬性；定義一個虛擬節(jié)點作為多維層次的最頂層節(jié)點。
數據格式轉換是一個可擴展標記語言分析與生成器，將數據集中的體育運動賽事數據解析為樹形結構，利用可擴展標記語言生成技術創(chuàng)建圖模型可擴展標記語言。
可視化部分是本發(fā)明的核心部分，主要是利用可視化方法，把以圖模型可擴展標記語言形式描述的多維層次體育運動賽事數據展示出來，主要包括定義體育運動賽事信息可視化的立方體布局；在可視化區(qū)域構建一個立方體，用戶為該立方體的每一個維度指定一個層次，建立數據層次與立方體維度之間的映射關系；利用矩形式樹狀結構圖生成算法和標簽云算法，在層次映射規(guī)則的約束下，為立方體的每個面生成相應的矩形式樹狀結構圖，生成立方體視圖；根據用戶的旋轉交互請求，在三維可視化區(qū)域中旋轉立方體視圖， 瀏覽立方體視圖不同面上的矩形式樹狀結構圖，展示相應層次的體育運動賽事數據的可視化結果；根據用戶的展開交互請求，結合立方體的特性，將三維可視化區(qū)域中的立方體視圖，平鋪到二維平面上，同時展示六個立方體面上的矩形式樹狀結構圖，生成平鋪視圖；在平鋪視圖上，合并用戶指定的兩個立方體面上的矩形式樹狀結構圖，展示一個包含更多信息量的矩形式樹狀結構圖，生成矩形視圖。
本發(fā)明從信息可視化的布局出發(fā)，定義并設計了一種基于矩形式樹狀結構圖的體育運動賽事信息可視化立方體布局。如圖3所示，該立方體布局是一個由六個不同的矩形式樹狀結構圖組成的三維六面體。立方體布局具有三個維度，按照右手法則，分別是X，Y， Z，因此立方體所處于的坐標系是一個右手坐標系。把立方體的維度映射為體育運動賽事數據中的層次，即立方體的每一個維度表示的是體育運動賽事數據中的一類信息，用X，1， ζ分別表示立方體維度x，Y，z所映射的層次信息。把立方體的面映射為可視化層次關系的矩形式樹狀結構圖，每個立方體面上的層次關系是根據映射規(guī)則給出的。利用兩個層次的偏序表示層次之間的關系，即〈X，y>表示層次X為父層次、層次y為子層次的層次關系，而 <y，χ>表示層次y為父節(jié)點、層次χ為子節(jié)點的層次關系。同理<χ，ι, z>則表示χ為父層次、層次y為子層次、層次ζ為孫子層次的層次關系。
映射規(guī)則是一種具體化的立方體維度與面之間的關系，映射規(guī)則所遵循的策略包括對于立方體維度軸所構成的立方體面上所映射的層次關系是通過右手法則確定的；立方體中相對的面，所映射的層次關系是相反的。因此，如圖3所示，面00' a' a所映射的層次關系為<x，y>，而與面00' a' a相對的面cc' b' b所映射的層次關系為<y，x>，面 OO‘ c' c、aa' b' b、oabc、o' a' b' c‘所映射的層次關系分別為 <y，z>、<z，y>、<z，X>、<X, Z>o
基于上述定義和設計的體育運動賽事信息可視化立方體布局，在可視化區(qū)域構建一個立方體，用戶為該立方體的每一個維度指定一個層次，建立數據層次與立方體維度之間的映射關系。首先，在可視化區(qū)域構建并繪制一個立方體，按照右手坐標系的標準，顯式地標識出立方體的三個軸X，Y，Z0
然后，根據體育運動賽事數據的層次劃分，即賽程、項目、國家、獎牌、時間、運動員 /運動隊、賽場、新聞八個層次(類別)，用戶分別為立方體的三個軸χ，γ，ζ選擇層次，其中， 立方體的一個維度軸對應到體育運動賽事數據中的一個或者零個類別，用戶所選擇的層次不允許重復(空類別除外)，不能同時將一個類別指定給兩個維度軸，用戶可以隨時更改自己的選擇。
最后，根據映射規(guī)則和用戶的交互性選擇，為立方體的每個面建立數據層次映射關系。根據映射規(guī)則，立方體三個維度軸控制著六個面上的映射關系，而且映射關系的建立過程是動態(tài)性的，初始時當用戶為X軸選定一個層次后，則立方體的前、后、上、下四個面上的映射關系(每個面上的映射關系都會與一個空關系關聯(lián))會及時建立，并展示給用戶，接著當用戶為Y軸選定一個層次后，則前、后兩個面上的映射關系會及時更新為兩個層次的關系，并展示給用戶。
在映射規(guī)則的約束和映射關系的指導下，利用矩形式樹狀結構圖生成算法和標簽云算法，為立方體的每個面生成相應的矩形式樹狀結構圖，生成立方體視圖。首先，根據映射關系，生成并表示立方體面上的層次數據。立方體布局的每個面上的層次及其實例關系都由與之相關的兩個維度軸決定。當X軸與體育運動賽事數據中的第η層節(jié)點數據綁定， Y軸與第n+i層節(jié)點數據綁定，則面00' a' a上的矩形式樹狀結構圖就反映了第η層與第n+i層節(jié)點數據之間的關系，即實現跨層數據關系的可視化。而且由于立方體的特性，立方體布局還能自動反映逆關系，即面cc’ b’ b上的矩形式樹狀結構圖就反映了第n+i層與第η層節(jié)點數據之間的關系。設面00' a' a所映射的層次關系為<x，y>，其中χ= [Xl， X2,... , Xn]表示層次X所對應的層次實例數據，y = [yi，y2，...，ym]表示層次y所對應的層次實例數據。參閱圖4本發(fā)明立方體布局中立方體面所對應的層次數據示意圖，最高層的節(jié)點為一個固定的虛擬節(jié)點，第二層節(jié)點為χ，葉子節(jié)點為1。
然后，根據每個面上的體育運動賽事層次數據，采用矩形式樹狀結構圖生成算法和標簽云算法，生成每個面上的矩形式樹狀結構圖。利用切片切塊算法，利用平行線將對應的立方體面劃分為較小的矩形區(qū)域，其中較大矩形對應父親節(jié)點(例如X)，較小矩形對應兒子節(jié)點(例如y)。較小矩形的面積由葉子節(jié)點(例如y)的節(jié)點值確定，較大矩形的面積由其所包含的較小矩形面積累加確定。利用預先定義的顏色集合為矩形式樹狀結構圖中的每個矩形著色，利用層次數據中的第二層節(jié)點(例如χ)，為較大的矩形區(qū)域選擇一個顏色系，節(jié)點值越大則所選擇的顏色系越深，較大矩形區(qū)域所包含的較小矩形的顏色從較大矩形所對應的顏色系中選擇，較小矩形的節(jié)點值越大則所選擇的顏色越深。利用標簽云算法，在矩形內部可視化節(jié)點的文本屬性(一般是節(jié)點名稱)，標簽文本的字體大小由該節(jié)點所對應矩形的面積、該節(jié)點的節(jié)點值兩個因素共同控制。
最后，利用三維可視化技術，根據用戶的視角，結合透視技術，將六個面的矩形式樹狀結構圖繪制到立方體的相應面上，生成立方體視圖。立方體視圖能夠跨層次可視化體育運動賽事數據，能夠在無需重新組織原始數據及其層次關系的情況下，展示更多的層次關系。
在上述基礎之上，本發(fā)明從用戶體驗出發(fā)，為立方體布局提供了旋轉、展開、合并等交互操作。以立方體視圖為起點，通過展開和合并兩個交互操作，可分別為用戶生成平鋪視圖和矩形視圖。參閱圖5本發(fā)明立方可視化中的交互操作示意圖，立方體視圖上的旋轉和縮放操作的結果仍然是立方體視圖，立方體視圖上的展開操作可以生成平鋪視圖，平鋪視圖上的返回操作將生成立方體視圖，平鋪視圖上的縮放和中心點轉移操作結果仍然是平鋪視圖，平鋪視圖上的合并操作結果是矩形視圖，矩形視圖上的返回操作結果是平鋪視圖或者立方體視圖，矩形視圖上的縮放操作結果仍然是矩形視圖。每種交互操作所導致的視圖轉換，均利用動畫方式實現平滑過渡。
縮放和返回操作是立方體視圖、平鋪視圖和矩形視圖上的兩個通用操作。縮放操作的主要功能是放大或者縮小視圖，通過鼠標的滾輪操作實現，其中鼠標滾輪每向上或者向下滾動一次，相應的視圖放大或者縮小10%，放大的上限為800%，縮小的下限為10%。 返回操作主要是通過堆棧的方式實現，利用堆棧記錄瀏覽和查看過的視圖信息，堆棧的最大深度為2層，執(zhí)行返回操作時，視圖界面將返回到棧頂存儲的視圖上。
在立方體視圖上，根據用戶的旋轉交互請求，在三維可視化區(qū)域中旋轉立方體視圖，瀏覽立方體視圖不同面上的矩形式樹狀結構圖，展示相應層次的體育運動賽事數據的可視化結果。旋轉操作通過捕獲鼠標的移動軌跡來實現。旋轉操作不影響立方體的三個維度軸的位置和方向，即三個維度軸將會跟隨立方體一起發(fā)生旋轉。當用戶需要瀏覽立方體某一個面上的矩形式樹狀結構圖時，可以通過旋轉操作將該面旋轉到屏幕正面，也可以通過瀏覽操作將該面上矩形式樹狀結構圖，單獨可視化出來，形成矩形視圖。
在立方體視圖上，根據用戶的展開交互請求，結合立方體的特性，將三維可視化區(qū)域中的立方體視圖，平鋪到二維平面上，同時展示六個立方體面上的矩形式樹狀結構圖，生成平鋪視圖。參閱圖6本發(fā)明立方可視化中展開操作示意圖，立方體視圖的展開具有11種方式，每一種展開方式提供了比較相鄰矩形式樹狀結構圖的一種顯示方式，因此在平鋪視圖上可以查看或比較立方體相鄰面(或多個面)上的矩形式樹狀結構圖而獲取更多信息。 展開操作需要用戶首先指定一個中心面(如圖6中的面1)，這種指定意味著用戶希望將該中心面與其他面做比較，然后將中心面展開到二維平面的中心，中心面在立方體上的相鄰面則按照規(guī)則圍繞在中心面的四周。在平鋪視圖上，用戶可以利用中心點旋轉操作將任何一個面(如圖6中的面2)變換到中心面的位置，并且面與面之間在立方體上的鄰接關系保持不變。展開過程是可逆的，平鋪視圖可以直接恢復返回到立方體視圖，并且立方體視圖的視角是保持中心面位于屏幕正面。
在平鋪視圖上，根據用戶的合并交互請求，合并用戶指定的兩個立方體面上的矩形式樹狀結構圖，形成一個包含更多信息量的矩形式樹狀結構圖，即生成矩形視圖。合并操作能夠實現兩個矩形式樹狀結構圖中層次信息的比較。根據立方體面與立方體維度軸的關系，并非立方體中任何兩個面都能執(zhí)行合并操作，合并是具有一定規(guī)則的。由于每個立方體面上的層次關系是利用偏序來表示的，不設所選定的兩個面上分別為α和β，兩個面上所映射的偏序分別為<Α，Β>和<C，D>，當且僅當B = C或者A = D時，面α和面β才能夠執(zhí)行合并操作。參閱圖7本發(fā)明立方可視化中合并操作示意圖，面2和面4的層次偏序分別為<y，z>和<z，x>，則面2和面4是具有可合并性的，合并后的偏序是<y，ζ, χ>,即除頂層虛擬節(jié)點外，y為第一層，ζ為第二層，χ為第三層。按照上述的可合并性判定，立方體上一共存在六種合并可能。此外，當用戶僅指定一個立方體面執(zhí)行合并操作時，該合并操作時允許執(zhí)行的，此時，合并操作就演化為展示該立方體面上的矩形式樹狀結構圖的過程，即生成矩形視圖就是立方體面上的一個矩形式樹狀結構圖。
在矩形視圖上，當用戶雙擊一個矩形區(qū)域時，可以展示該矩形區(qū)域的詳細信息，例如是否包含子節(jié)點等。在此過程中，為了克服在交互操作過程中矩形布局變化不穩(wěn)定的問題，本發(fā)明利用了漸進式平滑過渡算法，使得選中的矩形區(qū)域漸進式地擴大，非選中的矩形區(qū)域漸進式地減少，利用最小化整體布局變化的方法，使得漸進過程是平滑的，布局是穩(wěn)定的。漸進式平滑過渡算法通過動畫讓每一個矩形從開始位置到最終位置緩慢平滑地移動， 首先，計算每個矩形從起始位置到終止位置的歐式距離；然后根據矩形的起始和終止位置， 尋找最優(yōu)移動路徑；最后按照確定的間隔，逐步移動矩形。
以上所述僅為本發(fā)明的一些基本說明，依據本發(fā)明的技術方案所做的任何等效變換，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種基于立方體的體育運動賽事信息可視化方法，其特征在于實現步驟如下(1)在數據采集部分，分析并采集體育運動的賽事數據，把體育運動賽事數據劃分為八個類別，利用相關性描述和連接不同類別的體育運動賽事數據，利用層次表示體育運動賽事中的類別，利用類別之間的相關性表示層次與層次之間的關系，建立賽事數據的多維層次結構；(2)在數據格式轉換部分，根據用戶請求將采集到的體育運動賽事多維層次數據實例轉化為圖模型可擴展標記語言格式；(3)在可視化部分，定義體育運動賽事信息可視化的立方體布局，在可視化區(qū)域構建一個立方體，用戶為該立方體的每一個維度指定一個層次，建立體育運動賽事數據層次與立方體維度之間的映射關系，利用矩形式樹狀結構圖生成算法和標簽云算法，在層次映射規(guī)則的約束下，為立方體的每個面生成相應的矩形式樹狀結構圖，生成立方體視圖；(4)根據生成立方體視圖，提供縮放、返回、旋轉、展開、合并的交互操作，通過展開和合并兩個交互操作，分別為用戶生成平鋪視圖和矩形視圖，每種交互操作所導致的視圖轉換， 均利用動畫方式實現平滑過渡。
2.根據權利要求1所述的一種基于立方體的體育運動賽事信息可視化方法，其特征在于所述步驟(3)中立方體是從信息可視化的布局出發(fā)，定義并設計的一種基于矩形式樹狀結構圖的體育運動賽事信息可視化立方體布局，所述該立方體布局是一個由六個不同的矩形式樹狀結構圖組成的三維六面體，具有三個維度；把立方體的維度映射為體育運動賽事數據中的層次；把立方體的面映射為可視化層次關系的矩形式樹狀結構圖，每個立方體面上的層次關系是根據映射規(guī)則給出的。
3.根據權利要求2所述的一種基于立方體的體育運動賽事信息可視化方法，其特征在于所述映射規(guī)則是一種具體化的立方體維度與面之間的關系，映射規(guī)則所遵循的策略包括對于立方體維度軸所構成的立方體面上所映射的層次關系是通過右手法則確定的；立方體中相對的面所映射的層次關系是相反的。
4.根據權利要求1所述的一種基于立方體的體育運動賽事信息可視化方法，其特征在于所述步驟(3)中映射關系構建包括在可視化區(qū)域構建并繪制一個立方體，顯式地標識出立方體的三個軸；根據體育運動賽事數據的層次劃分，用戶分別為立方體的三個軸選擇層次；根據映射規(guī)則和用戶的交互性選擇，為立方體的每個面建立數據層次映射關系。
5.根據權利要求1所述的一種基于立方體的體育運動賽事信息可視化方法，其特征在于所述步驟(3)中立方體視圖生成是在映射規(guī)則的約束和映射關系的指導下，利用矩形式樹狀結構圖生成算法和標簽云算法，為立方體的每個面生成相應的矩形式樹狀結構圖， 生成立方體視圖的步驟為根據映射關系，生成并表示立方體面上的層次數據；根據每個面上的體育運動賽事層次數據，利用平行線將對應的立方體面劃分為較小的矩形區(qū)域，利用標簽在矩形中顯示文本，生成每個面上的矩形式樹狀結構圖；矩形面積由葉子節(jié)點的節(jié)點值確定，矩形顏色由父親節(jié)點的節(jié)點值確定，標簽文本的字體大小由矩形面積和節(jié)點值共同決定；根據用戶的視角，利用三維可視化技術，將六個面的矩形式樹狀結構圖繪制到立方體的相應面上，生成立方體視圖。
6.根據權利要求1所述的一種基于立方體的體育運動賽事信息可視化方法，其特征在于所述步驟(4)中的旋轉交互請求是在三維可視化區(qū)域中旋轉立方體視圖，瀏覽立方體視圖不同面上的矩形式樹狀結構圖，展示相應層次的體育運動賽事數據的可視化結果。
7.根據權利要求1所述的一種基于立方體的體育運動賽事信息可視化方法，其特征在于所述步驟(4)中的展開交互請求是在立方體視圖上，結合立方體的特性，將三維可視化區(qū)域中的立方體視圖，平鋪到二維平面上，同時展示六個立方體面上的矩形式樹狀結構圖，生成平鋪視圖。
8.根據權利要求1所述一種基于立方體的體育運動賽事信息可視化方法，其特征在于所述步驟中的合并交互請求是在平鋪視圖上，合并用戶指定的兩個立方體面上的矩形式樹狀結構圖，形成一個包含更多信息量的矩形式樹狀結構圖，即生成矩形視圖；當用戶僅指定一個立方體面執(zhí)行合并操作時，該合并操作是允許執(zhí)行的，此時，合并操作演化為展示立方體面上的矩形式樹狀結構圖的過程；在矩形視圖上，用戶雙擊一個矩形區(qū)域，利用漸進式平滑過渡技術，通過動畫讓每一個矩形從開始位置到最終位置緩慢地移動，達到了平滑過渡的目的，展示該矩形區(qū)域的詳細信息。
全文摘要
一種基于立方體的體育運動賽事信息可視化方法建立賽事數據的多維層次結構；根據用戶請求將采集到的體育運動賽事多維層次數據實例轉化為圖模型可擴展標記語言格式；定義體育運動賽事信息可視化的立方體布局；在可視化區(qū)域構建一個立方體，用戶為該立方體的每一個維度指定一個層次，建立數據層次與立方體維度之間的映射關系；利用矩形式樹狀結構圖生成算法和標簽云算法，為立方體的每個面生成相應的矩形式樹狀結構圖，生成立方體視圖；提供縮放、返回、旋轉、展開、合并交互操作，分別為用戶生成平鋪視圖和矩形視圖。本發(fā)明能夠可視化多維數據的層次關系，可推廣到教育培訓、數字娛樂、體育研究、演練分析等領域。
文檔編號G06T17/00GK102509350SQ20111030113
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權日2011年9月30日
發(fā)明者周彬, 楊昊林, 趙沁平, 陳小武, 馬永燾 申請人:北京航空航天大學