沈偉 李偉波

摘要：以區(qū)域發(fā)展規(guī)劃可視化技術(shù)及軟件為背景，結(jié)合了區(qū)域規(guī)劃中信息表示的問題，分析了幾種表示區(qū)域規(guī)劃信息的層次信息可視化方法，提出了基于目錄樹和雙曲樹表示的層次信息結(jié)構(gòu)，最后實(shí)現(xiàn)了層次信息可視化技術(shù)應(yīng)用于區(qū)域規(guī)劃，為區(qū)域規(guī)劃的制定和實(shí)施提供了可視化導(dǎo)航。

關(guān)鍵詞：區(qū)域規(guī)劃；信息可視化；目錄樹；雙曲樹

中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)20-4879-06

Research & Application of Hierarchical Information Visualization for Regional Planning

SHEN Wei, LI Wei-bo

(School of Computer Science & Technology,Wuhan Institute of Technology,Wuhan 430073, China)

Abstract: Based on visualization technologies and software of regional planning, the essay combines with regional planning issues of infor mation expression, analyses the several methods of hierarchical information visualization to express the information of regional planning, makes the hierarchical information software architecture based on directory tree and hyperbolic tree, finally realizes hierarchical information visualization technology used in the regional planning, provides visualized navigation for the draft and implementation of regional planning. Key words: regional planning; hierarchical information visualization; hyperbolic tree; directory tree; hyperbolic tree

目前，隨著社會(huì)不斷的快速發(fā)展，一些城市或區(qū)域面臨著新的發(fā)展契機(jī)，因此如何重新來定位新的發(fā)展規(guī)劃就顯得越來越重要，但是傳統(tǒng)的紙質(zhì)版的區(qū)域規(guī)劃方案已經(jīng)不能適應(yīng)新時(shí)代的要求，將計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)應(yīng)用于區(qū)域規(guī)劃是解決問題的唯一方法。

區(qū)域發(fā)展規(guī)劃內(nèi)容的表述是一項(xiàng)大型而且復(fù)雜的工程，而且規(guī)劃的內(nèi)容也在不斷的發(fā)生變化。因此，如何在這海量數(shù)據(jù)中獲取有效信息成為信息可視化技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一。在信息結(jié)構(gòu)中，樹形結(jié)構(gòu)是應(yīng)用比較多的。但是，對(duì)于區(qū)域發(fā)展規(guī)劃中這種大型的層次結(jié)構(gòu)而言，采用樹形結(jié)構(gòu)不能將所表示內(nèi)容整體呈現(xiàn)。針對(duì)上述的問題，該文以區(qū)域發(fā)展規(guī)劃可視化技術(shù)及軟件為背景，在分析研究層次信息可視化技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了雙曲樹結(jié)構(gòu)的可視化表示方法，并且著重研究了基于目錄樹和雙曲樹結(jié)構(gòu)的區(qū)域規(guī)劃層次信息可視化的實(shí)現(xiàn)方法。

1信息可視化的分析

可視化技術(shù)是指運(yùn)用圖像處理技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形或圖像在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出來，并進(jìn)行交互的技術(shù)。信息可視化技術(shù)就是利用計(jì)算機(jī)對(duì)抽象數(shù)據(jù)的可視表示，用來加強(qiáng)人們對(duì)這些抽象數(shù)據(jù)的直觀認(rèn)識(shí)[1]。

抽象信息之間的關(guān)系最普遍的一種就是層次關(guān)系。層次關(guān)系無處不在，如磁盤目錄結(jié)構(gòu)，文檔管理，圖書分類等。傳統(tǒng)的描述層次信息的方法就是將其組織成一個(gè)類似于樹的節(jié)點(diǎn)連線圖，這也是層次信息可視化結(jié)構(gòu)最直觀的方式。但是這種樹型結(jié)構(gòu)對(duì)于大型的層次結(jié)構(gòu)而言，樹型結(jié)構(gòu)的層次就會(huì)交織在一起，不利于展示層次信息，特別是用計(jì)算機(jī)表示樹型結(jié)構(gòu)時(shí)，由于計(jì)算機(jī)屏幕所提供的可視化空間有限，大型的樹型層次結(jié)構(gòu)，只能通過滾動(dòng)瀏覽的方式把整個(gè)層次結(jié)構(gòu)顯示出來，這對(duì)于展示某個(gè)樹型結(jié)構(gòu)的整個(gè)層次結(jié)構(gòu)信息或某個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息就可能不是很方便[3]。

隨著人們對(duì)層次信息可視化技術(shù)的深入研究，也推出了一系列的可視化技術(shù)方法。其中，由Xerox Palo Alto研究中心用界面的John Lamping等人提出了一種基于雙曲幾何的可視化和操縱的大型層次結(jié)構(gòu)的Focus+Context，即稱為雙曲樹，在表示大型的層次結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用最多。雙曲樹結(jié)構(gòu)是將層次關(guān)系顯示在一個(gè)雙曲平面上，然后將雙曲平面映射到顯示的區(qū)域中。雙曲樹結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)很好地解決了怎樣在用戶屏幕上顯示龐大的層次信息結(jié)構(gòu)的問題。

2區(qū)域規(guī)劃的層次信息可視化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2.1信息可視化的表示模型

該文提出來的可視化表示方法是將區(qū)域規(guī)劃中的這一領(lǐng)域?qū)哟涡畔⒔Y(jié)構(gòu)，抽象成目錄樹結(jié)構(gòu)和雙曲樹結(jié)構(gòu)，然后將目錄樹結(jié)構(gòu)映射層目錄樹視圖或雙曲樹視圖來表示區(qū)域規(guī)劃這一領(lǐng)域?qū)哟涡畔?，最后通過用戶與目錄樹或雙曲樹視圖進(jìn)行交互獲取領(lǐng)域信息的過程。如圖1，圖2所示。

2.2目錄樹模型設(shè)計(jì)模型

在區(qū)域規(guī)劃中，其領(lǐng)域?qū)哟沃幸孕姓@區(qū)和產(chǎn)業(yè)鏈劃分。樹形結(jié)構(gòu)按預(yù)設(shè)的行政區(qū)塊（行政區(qū)、區(qū)域、項(xiàng)目、企業(yè)）或產(chǎn)業(yè)鏈（行業(yè)、產(chǎn)業(yè)鏈、企業(yè)、項(xiàng)目）逐級(jí)表示行政園區(qū)層次信息，如圖3，圖4所示[5]。

目錄樹結(jié)構(gòu)顯示區(qū)域規(guī)劃中領(lǐng)域信息的層次化列表。目錄樹層次結(jié)構(gòu)的頂端是根，層次結(jié)構(gòu)的根的下一層是子項(xiàng)，子項(xiàng)下面是其子項(xiàng)，構(gòu)成四層父子關(guān)系。子項(xiàng)以縮進(jìn)方式顯示在父項(xiàng)的下面，項(xiàng)目之間用線段連接起來。

目錄樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5目錄樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

創(chuàng)建目錄樹結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵代碼如下：

void CPrjBrowseView2::CreatTree()

{ m_ctrlTree.DeleteAllItems();

m_TreeBootImage.DeleteImageList();

CPrjBrowseApp * pApp = (CPrjBrowseApp *)AfxGetApp();

CPrjBrowseDoc* pDoc = (CPrjBrowseDoc*)GetDocument();

//Tree控件變量

HTREEITEM hParent;

TVINSERTSTRUCT tvInsert;

tvInsert.hParent = NULL;

tvInsert.hInsertAfter = NULL;

tvInsert.item.mask = TVIF_TEXT;

//創(chuàng)建圖象標(biāo)簽

m_TreeBootImage.Create(16,16,ILC_COLORDDB | ILC_MASK,4,0);

if(m_tabData.GetCurSel() == 0)

{

m_nImgCardClose = m_TreeBootImage.Add(pApp→LoadIcon(IDI_CARDCLOSE));

m_nImgCardOpen = m_TreeBootImage.Add(pApp→LoadIcon(IDI_CARDOPEN));

}

else if(m_tabData.GetCurSel() == 1)

{

m_nImgCardClose = m_TreeBootImage.Add(pApp→LoadIcon(IDI_CARDCLOSE1));

m_nImgCardOpen = m_TreeBootImage.Add(pApp→LoadIcon(IDI_CARDOPEN1));

}……

//添加子目錄

int nTab = m_tabData.GetCurSel();

if(m_tabData.GetCurSel() == 0)

AddSubTree("DH_00_00_00_00","1","行政單位",hParent); //添加子目錄

else if(m_tabData.GetCurSel() == 1)//sw05.03

AddSubTree("CL_00_00_00_00","1","行政單位",hParent); //添加子目錄

m_ctrlTree.Expand(hParent,TVE_EXPAND); //展開Tree目錄

SetTimer(2,100,NULL);

SetTreeNode();

}

2.3雙曲樹模型設(shè)計(jì)

雙曲樹模式的設(shè)計(jì)原理是：雙曲空間焦點(diǎn)的周圍的區(qū)域在圓面上大面積顯示，遠(yuǎn)離焦點(diǎn)的區(qū)域以遠(yuǎn)景圖的形式慢慢消失在圓面的邊緣上。在圓面上，隨著半徑的增加，節(jié)點(diǎn)對(duì)象尺寸就變得越來越小，而圓面邊緣對(duì)應(yīng)雙曲空間上有無限的空間，可以存放大量節(jié)點(diǎn)對(duì)象。在雙曲空間中，通過布局為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配了相同大小的顯示區(qū)域，因此當(dāng)任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)被置為視圖焦點(diǎn)的時(shí)候，此節(jié)點(diǎn)都會(huì)在圓面中有較大的顯示區(qū)域，而遠(yuǎn)離新焦點(diǎn)的區(qū)域會(huì)消失在圓面的邊緣上[2]。

雙曲空間只是一個(gè)抽象的空間,人們直觀上很難理解，在雙曲空間中完成布局后，就必須用一種方法將雙曲空間里的結(jié)構(gòu)映射到歐氏空間的二維平面，雙曲空間是一個(gè)無限空間，計(jì)算機(jī)顯示屏是一個(gè)有限空間（歐幾里德空間）。雙曲空間轉(zhuǎn)換歐幾里德空間是通過龐萊卡投影來實(shí)現(xiàn)。

一般把通過龐萊卡投影得到的圓面稱為龐萊卡圓盤(Poincare Disk)模型，具有以下屬性:

①模型區(qū)域S={(x,y)|x2+y2<1}，即圓盤是歐幾里得空間中半徑為1的圓；

②雙曲幾何角度和歐幾里得幾何角度一樣，故龐萊卡投影又稱等角投影；

③雙曲空間的直線對(duì)應(yīng)歐幾里得空間垂直S的弧線，或者過S中心的直線。兩個(gè)沒有交點(diǎn)的弧線對(duì)應(yīng)于雙曲平面中的兩條平行線。

映射算法把雙曲空間某節(jié)點(diǎn)映射到扇形區(qū)域(r, d)的中心，所謂的扇形區(qū)域中心即圖6中的C點(diǎn)。設(shè)半徑為1,(r, d)扇形區(qū)域兩個(gè)端點(diǎn)的坐標(biāo)為(cosr, sinr)和(cos(r + d), sin(r + d))，那么中心點(diǎn)的坐標(biāo)是:

Cx = (1/cos(d/2)-tan(d/2)) * cos(d + d/ 2)

Cy = (1/cos(d/2)-tan(d/2)) * sin(d + d/ 2)

然后運(yùn)用遞歸算法將所有節(jié)點(diǎn)、結(jié)構(gòu)按照以上的映射方式從雙曲空間映射到歐幾里德空間里[4]。

圖6龐萊卡圓盤映射

雙曲樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7雙曲樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

布局雙曲樹結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵代碼如下：

void CPrjBrowseDoc::layoutHyperbolicTree()

{if(m_pTreeNode != NULL)

{m_pTreeNode→m_nSelState = 1;

double dfOff = 0.02;

m_pTreeNode→m_dfCX = dfOff;

m_pTreeNode→m_dfCY = dfOff;

m_pTreeNode→m_dfLX = dfOff;

m_pTreeNode→m_dfLY = dfOff;

double dfAngle0 = m_pTreeNode→m_dfAngle + PIE / 6;//PIE - 0.5;//m_pTreeNode→m_dfAngle * 2.0;//1.5;

double dfStart0 = m_pTreeNode→m_dfStart - PIE / 12.0;//+ m_pTreeNode→m_dfAngle / 2 - (PIE- 0.5) / 2.0;// * 0.5 / 2; if(dfAngle0 < 0)

dfAngle0 += 2 * PIE;

if(dfStart0 < 0)

dfStart0 += 2 * PIE;

if(m_pTreeNode == &m_TreeNode)

{ dfAngle0 = 2 * PIE;

dfStart0 = 0.0;

m_pTreeNode→SetPoincareOrgPos(0,dfStart0,dfAngle0);

}

else

{double dfOff = 0.20;

m_pTreeNode→m_nLayerPos = fabs(dfOff);

double R0 = m_pTreeNode→GetR2(m_pTreeNode→m_nLayerPos); double R1 = R0 - 1.0 / 10.0;

m_pTreeNode→m_dfCX = R0 * cos(dfStart0 + dfAngle0 / 2);

m_pTreeNode→m_dfCY = R0 * sin(dfStart0 + dfAngle0 / 2);

m_pTreeNode→m_dfLX = R1 * cos(dfStart0 + dfAngle0 / 2);

m_pTreeNode→m_dfLY = R1 * sin(dfStart0 + dfAngle0 / 2);

m_pTreeNode→SetPoincareOrgPos(m_pTreeNode→m_nLayerPos,dfStart0,dfAngle0);

CTreeNode * pTreeNode = m_pTreeNode→m_pParent;

if(pTreeNode != NULL)

{double dfStart = dfStart0 + dfAngle0 + dfAngle0 / 4;

double dfAngle = 2 * PIE - dfAngle0 - dfAngle0 / 2;

pTreeNode→m_nLayerPos = __min(0.20,fabs(pTreeNode→m_nLayerPos - dfOff));

double R0 = pTreeNode→GetR2(pTreeNode→m_nLayerPos);

double R1 = R0 - 1.0 / 10.0;

pTreeNode→m_nLayerPos = 1;

pTreeNode→m_dfCX = R0 * cos(dfStart + dfAngle / 2); pTreeNode→m_dfCY = R0 * sin(dfStart + dfAngle / 2); pTreeNode→m_dfLX = R1 * cos(dfStart + dfAngle / 2); pTreeNode→m_dfLY = R1 * sin(dfStart + dfAngle / 2);

pTreeNode→SetPoincareOrgPos2(pTreeNode→m_nLayerPos,dfStart,dfAngle,m_pTreeNode);

}}}}

2.4目錄樹與雙曲樹相互轉(zhuǎn)換

目錄樹結(jié)構(gòu)和雙曲樹結(jié)構(gòu)，是一個(gè)層次信息兩種表示方法。這兩種方法各有所長各有所短。目錄樹結(jié)構(gòu)在表示層次信息時(shí)，是按照人們通常習(xí)思維方式表示信息的，具有比較直觀的特點(diǎn)。雙曲樹結(jié)構(gòu)表示層次信息是當(dāng)層次結(jié)構(gòu)非常大時(shí),在有限的屏幕上很難全面地顯示整個(gè)信息，采用焦點(diǎn)十上下文(Focus+Context)的視圖變換方法，可以在顯示一個(gè)小的焦點(diǎn)區(qū)域詳細(xì)信息的同時(shí)，保持整個(gè)內(nèi)容的整體視圖，使用戶很容易訪問上下文信息并能定位到自己所需要的信息。這兩種方法在獲取焦點(diǎn)信息時(shí)，顯示的內(nèi)容是統(tǒng)一的，即時(shí)在一方展示某一方面的信息，在另一方同樣展示該信息。

3層次信息可視化技術(shù)在區(qū)域規(guī)劃中應(yīng)用

目前，層次信息可視化技術(shù)應(yīng)用于區(qū)域規(guī)劃中，以潛江城市轉(zhuǎn)型發(fā)展規(guī)劃為例，如圖8所示，圖中展示了以行政區(qū)劃分的目錄樹結(jié)構(gòu)和雙曲樹結(jié)構(gòu)圖。在目錄樹中，鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊“周磯高新產(chǎn)業(yè)園”，就展開了其子項(xiàng)下的五個(gè)項(xiàng)目名稱，在其雙曲樹圖中，“周磯高新產(chǎn)業(yè)園”也隨著放大，展開了其子項(xiàng)。同理，在雙曲樹中鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊“周磯高新產(chǎn)業(yè)園”，原理一樣[5]。

再如圖9所示，圖中展示了以產(chǎn)業(yè)鏈劃分的目錄樹結(jié)構(gòu)和雙曲樹結(jié)構(gòu)圖。在目錄樹中，鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊“支柱產(chǎn)業(yè)”，就展開了其子項(xiàng)下的4個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈目錄，在其雙曲樹圖中，“支柱產(chǎn)業(yè)”也隨著放大，展開了其子項(xiàng)。同理，在雙曲樹中鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊“支柱產(chǎn)業(yè)”，原理一樣。

圖9產(chǎn)業(yè)鏈的目錄樹和雙曲樹的可視化轉(zhuǎn)換

從上面兩個(gè)圖中，可以直觀的觀察出雙曲樹結(jié)構(gòu)表示的大量的層次信息時(shí)，有巨大的優(yōu)勢。雙曲樹結(jié)構(gòu)中，將選中的層次信息放大顯示出來。既可以從整體控制整個(gè)信息結(jié)構(gòu)，又可以局部放大所需的層次信息。

4結(jié)束語

隨著信息可視化技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，可視化技術(shù)已經(jīng)成為了近年來研究的熱點(diǎn)問題之一。該文以區(qū)域發(fā)展規(guī)劃可視化技術(shù)及軟件研究為前提，分析了層次信息可視化技術(shù)，具體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了目錄樹結(jié)構(gòu)和雙曲樹結(jié)構(gòu)的可視化表示方法，最后通過將層次信息可視化技術(shù)應(yīng)用于區(qū)域規(guī)劃中，最終為區(qū)域規(guī)劃的制定和實(shí)施提供了可視化導(dǎo)航。

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