一种形状约束的方向词云快速生成方法

技术领域

本发明涉及计算机数据可视化领域，具体涉及一种面形状约束的方向词云快速生成方法。

背景技术

伴随着“大数据”的爆发，可视化应用技术也日益受到重视，利用可视化技术显示并分析大数据已经成为主流。词云或称之为标签云，作为一种可视化工具已较多地出现在不同的应用中。词云作为文本分析结果的一种展现形式及分析工具，采用字体大小作为单词重要性的象征，相对重要的单词以其更大的空间占比获得高的关注度。

现有词云布局方法虽然能在特定形状内部实现紧凑的基于形状约束的词云，但因为要计算图形的距离场，依据距离场生成的螺线来指导单词的放置，此过程比较费时。再者，单词的放置方向只有水平和竖直，在方向上不契合图形的形状。

发明内容

本发明提供了一种形状约束的方向词云快速生成方法，旨在解决现有的标签云生成方法需要计算距离场来生成螺旋线来指导单词的放置时效率低下的问题，以及所生成的标签云单词放置的方向不能契合图形的纹理。

本发明提供的技术方案包括：

步骤a：提取图形的外轮廓点，根据图形外轮廓多边形生成图形的中轴线；

步骤b：进行中轴线的智能剪枝，得到能反映图形最主要特征的骨架；

步骤c：根据剪枝后的中轴线求解外轮廓的方向约束点；

步骤d：将剪枝后中轴线的方向和对应外轮廓点的约束方向作为已知方向，插值出整个图形的方向场；

步骤e：根据中轴线和方向场指导单词放置的位置和方向。

本发明的技术方案还包括：在所述步骤a中，根据图形的外轮廓多边形生成图形的中轴线，采用图像处理的方法提取图像的外轮廓点并离散化成多边形，通过求解轮廓多边形凸点处的角平分线和凹点与凸点角平分线间的等距抛物线生成整个图形的中轴线。

本发明的技术方案还包括：在所述步骤b中，中轴线的智能剪枝，包括初步剪枝和二次剪枝。初步剪枝，完整中轴线删除树状结构的第一层中轴线；计算中轴线相邻叶子节点的距离并根据距离进行分组，对每一组叶子节点表示的外轮廓顶点进行拟合圆计算，如果这些点与拟合圆距离较小，则进行合并，并计算该组叶子结点坐标的平均位置，该位置到外边框的投影点即为该组结点合并后新的叶子结点；二次剪枝，删除中轴线梯度变化较大的枝干，删除中轴线上距离场大于阈值且倾斜角大于45度的中轴线。

本发明的技术还包括：在所述步骤d中，整个图形内的方向场生成技术，以剪枝后的中轴线方向以及轮廓上的方向约束点的切向方向为约束方向，并利用2旋转对称场插值技术生成整个图形内各点处的方向。

本发明的有益效果：

本发明不需要计算图形的距离场来生成图形的螺旋线，只需根据中轴线划分的区域来确定螺旋线下一个点的方向来生成螺旋线，从而解决了现有的标签云生成方法需要计算距离场来生成螺旋线来指导单词的放置时效率低下的问题。而且，因为根据图形的外轮廓生成了图形的中轴线，剪枝后的中轴线反映了图形主要特征，所以该技术方案生成的标签云单词放置的方向又能契合图形的纹理的特点，能反映图形的主要特征，在视觉效果上更加的优美。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对本发明中的技术使用附图做出简单的说明，将会给本领域的人员更加清晰的认识本技术的性能。

图1为本发明中一种形状约束的方向词云快速生成技术的流程图。

图2为本发明中一种形状约束的方向词云快速生成技术的图形中轴线示意图。

图3为本发明中一种形状约束的方向词云快速生成技术的中轴线删除树状结构的第一层效果示意图。

图4为本发明中一种形状约束的方向词云快速生成技术的中轴线初步剪枝效果示意图。

图5为本发明中一种形状约束的方向词云快速生成技术的二次剪枝效果示意图。

图6为本发明中一种形状约束的方向词云快速生成技术的图形方向场示意图。

图7为本发明中一种形状约束的方向词云快速生成技术的词云布局效果展示。

具体实施方式

为了更进一步对本发明做出详细说明，下面结合具体实例并参照附图。

参考图1，图1为本发明中一种形状约束的方向词云快速生成方法的流程图,该流程包括：

图片提取外轮廓点，生成图片的中轴线，初步剪枝中轴线，二次剪枝中轴线，生成图形的方向场，依据初始中轴线和方向场来指导单词的位置和方向。

其中，根据图形的外轮廓多边形生成图形的中轴线揭示图形的形状特征；剪枝中轴线揭示了图形最主要的纹理特征；求解外边框约束点揭示了图形哪些外边框特征需要被保留；插值整个图形的方向场揭示整个图形的纹理走向特征；中轴线和方向场指导单词放置的位置和方向揭示了单词摆放规则。

图片提取外轮廓点：输入一张图片，采用图像处理的方法提取图像的外轮廓点并离散化成多边形。

生成图片的中轴线：通过求解轮廓多边形凸点处的角平分线和凹点与凸点角平分线间的等距抛物线生成整个图形的中轴线。图2为图形的完整中轴线。

初步剪枝中轴线：在图2完整中轴线的基础上删除树状结构的第一层中轴线，如图3所示。计算中轴线相邻叶子节点的距离并根据距离进行分组，对每一组叶子节点表示的外轮廓顶点进行拟合圆计算，如果这些点与拟合圆距离较小，则进行合并，并计算该组叶子结点坐标的平均位置，该位置到外边框的投影点即为该组结点合并后新的叶子结点，结果如图4所示。

二次剪枝中轴线：从上一步得到的中轴线的叶子结点出发沿着中轴线选取一系列等距离散点，在这些离散点处作垂直于中轴线方向的垂线与图形轮廓相交，对每条垂线计算与轮廓两交点间的长度L，依次计算相邻两个垂线长度L间变化率，当变化率大于给定阈值时删除该分支从此离散点到父节点间的中轴线；最后删除距离场值大于某一阈值且偏斜角大于45度的中轴线。至此得到了一个能大致描绘图形主要特征的图形骨架，如图5所示。

生成图形的方向场：依据图5得到的剪枝完毕的中轴线，求解外轮廓多边形上的方向约束点，具体原理是选取合适的顶点，使得它们的切向与中轴线走向相一致，通过如下步骤选取这些顶点：

步骤一：对于外轮廓任意两个可见顶点i和j，计算

a

步骤二：对于外轮廓任意两个可见顶点i和j，计算

d

步骤三：计算

w

步骤四：最小化下式求解外边框的各点i的标记值l

整个图形内的方向场生成技术：以剪枝后的中轴线方向以及轮廓上的方向约束点的切向方向为约束方向，并利用2旋转对称场插值技术生成整个图形内各点处的方向，具体步骤如下：

步骤一：三角化轮廓图形，传入三角化后的坐标和方向；

步骤二：通过优化求解三角化后每个顶点i处的方向R

步骤三：利用OpenGL的片元插值将步骤2中求得的方向R

依据初始中轴线和方向场来指导单词的位置和方向：

步骤一：根据未裁剪的中轴线生成螺旋线：中轴线将图形划分成多个区域，这些区域分为两类，一类区域包含外轮廓的一个凹点，在此类区域中任一点处的距离场梯度方向即为此点指向凹点的方向；另一类区域包含外轮廓多边形的一条边，在此类区域中任一点处的距离场梯度方向即为此垂直于此轮廓边的方向。从图形的中心开始逐步生成螺旋线直到螺旋线位置超出图形区域为止，螺旋线逐步生成公式如下：

式中N和T为距离场的法向和切向，dθ是每一步前进的角度。m 是用户自设定的一个常数。由于通过中轴线划分后的每个区域中法向 N和切向T可以快速获得，因而能快速地生成螺旋线。

步骤二：根据螺旋线来指导单词放置，从文本中中提取出关键词，根据出现频率从大到小排序，单词从大到小沿着螺线开始放置单词，方向为上述计算出图形该点的方向场，在摆放单词时用ABB碰撞检测快速判断当前位置是否已摆放单词，见图7。

综上本发明的技术特征在于：其一，现有的词云布局方法根据图形距离场来生成图形的螺旋线，本发明的特点是，通过提取图形的外轮廓点来生成图形的中轴线，根据中轴线划分的区域来指导螺旋线的走向。其二，现有的词云的布局方法单词的放置的方向只有横竖摆放，单词虽然基于形状约束放置，但是单词的方向不能根据图形的纹理摆放，本发明通过提取中轴线的方案能让单词放置的方向契合图形纹理特征。