[发明专利]特征直方图驱动的二维标量场数据可视化方法及系统

说明书

本发明公开了特征直方图驱动的二维标量场数据可视化方法及系统，获取输入的二维标量场数据和初始颜色表；将初始颜色表映射至二维标量场数据，并将映射结果进行显示；基于数据的特征直方图或基于边界的特征直方图，对初始颜色表进行优化，得到优化后的颜色表；将优化后的颜色表映射至二维标量场数据，并将映射结果进行显示；获取待插入颜色的区域，然后获取待插入的颜色或颜色片段；通过颜色融合和线性差值，将待插入的颜色或颜色片段融入优化后的颜色表中，得到更新后的颜色表；将更新后的颜色表映射至二维标量场数据，并将映射结果进行显示；将初始颜色表、优化后的颜色表和更新后的颜色表进行存储，根据调取指令，将对应的颜色表进行显示。

技术领域

本发明涉及数据可视化、人机交互技术领域，特别是涉及特征直方图驱动的二维标量场数据可视化方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提到了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

标量场数据的探索是科学数据可视化中的重要任务，比如海洋洋流的变化与海水的盐度以及温度都有着非常重要的联系。标量场数据可通过色彩编码转换为视觉图像，以直观的方式帮助人们快速发现、探索、分析数据里蕴含的特征。然而，由于色彩编码中颜色数量的有限性、标量场数据以及模式特征的多样性，难以用静态地颜色表帮助用户动态地探索数据中的丰富内容。举例而言，对于具有高动态数值范围的数据，如果用户想要观察的数据存在于一段很窄的范围，而相应数值区间所对应的颜色数量很少，那么相应的特征会由于在视觉上会存在不可区分性。

部分研究人员根据数据属性或者特征属性提出自动调整色彩分布的算法。Schulze-Wbllgast等人提出根据数据的均值来调整颜色表中控制点的位置，进而使数据能覆盖更多的颜色范围；Tominski等人提出根据数据的直方图分布来优化控制点的位置；Zeng等人认为以上方法不足以揭示隐藏在数据中的空间变化的动态范围，他们提出将色彩映射自适应公式化为由边界项和保真度项组成的目标能量函数，对该函数进行求解来优化控制点的位置。然而这一类方法通常通过调整色彩设计中颜色的位置以凸显不同数据特征，在用更多颜色强调局部特征的同时不可避免会弱化其他区域的显示，难以达到全局平衡，这种缺陷在具有高动态数值范围的数据中更为明显。尽管部分方法提供了感兴趣区域选择(ROI，region-of-interest)等交互手段，由于其采用较为复杂的优化过程，计算时间相对较长，在大规模数据探索方面效率较为低下。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了特征直方图驱动的二维标量场数据可视化方法及系统；集成了基于数据的直方图和基于边界特征的直方图两种自适应颜色表优化方法，同时可针对直方图的分布区域对优化后的颜色表进行颜色插值。

第一方面，本发明提供了特征直方图驱动的二维标量场数据可视化方法；

特征直方图驱动的二维标量场数据可视化方法，包括：

获取输入的二维标量场数据和初始颜色表；

将初始颜色表映射至二维标量场数据，并将映射结果进行显示；

基于数据的特征直方图或基于边界的特征直方图，对初始颜色表进行优化，得到优化后的颜色表；将优化后的颜色表映射至二维标量场数据，并将映射结果进行显示；

获取待插入颜色的区域，然后获取待插入的颜色或颜色片段；通过颜色融合和颜色线性插值，将待插入的颜色或颜色片段融入优化后的颜色表中，得到更新后的颜色表；将更新后的颜色表映射至二维标量场数据，并将映射结果进行显示；

将初始颜色表、优化后的颜色表和更新后的颜色表进行存储，根据调取指令，将对应的颜色表进行显示。

第二方面，本发明提供了特征直方图驱动的二维标量场数据可视化系统；

特征直方图驱动的二维标量场数据可视化系统，包括：