网络技术中的信息可视化研究

刘世彬 包雪峰 刘央瑞 刘兴彦 张 健

摘要：本文研究了采用可视化技术将海量抽象的网站相关数据转换成图像信息，从而方便研究者对这些数据的理解和处理。

关键词：网络技术：信息可视化；海量数据

1引言

随着网络技术的发展。从海量数据发现有用信息是很困难的，这就需要采用一种技术帮助人们来研究这些数据，可视化技术便是一种很有效的方法。信息可视化可以定义为利用计算机帮助将抽象的不具有视觉形象的数据赋予视觉形象以便于人们理解和处理的一个过程。信息可视化技术就是将各类抽象的数据信息转换成图形信息，使研究者能真实地观察他们对实际问题的模拟及处理结果，它是随着计算机图形学的成熟，高性能图形工作站的普及以及人们运用计算机图形表达各种信息的需要而发展起来的一门新兴的高技术。

2信息可视化的处理过程

由于信息可视化是对不具有视觉形象的数据的可视化。它的原始信息本身是不具有图形特征的，而且数据量是很大的，要直接从海量数据中发现有用的信息是十分困难的。因此需要将其进行抽象处理转换成图形信息，用直观和清楚的方式显示出来，使用户能方便地使用这些数据。信息可视化技术把这些数据转变成人的视觉可以感受到的图像。这些图像可以将大量的抽象数据有机地组织在一起，并形象生动地显示数据所表示的内容及其之间的关系，从而提高了人们的洞察力。

可视化技术作用于科学研究的全过程。它从大量的原始数据中通过分析提取有效数据开始，经过各种转换生成图形映射，并完成绘制图像的过程。最终显示出所绘制的图像。

3可视化的基本原则

WWW领域内的可视化有若干原则，主要包括布局、抽象、聚焦和交互性四个方面。

布局(Layout)——网络信息可视化的最简单的方法是这样的：网站是一个图形，有很多算法能画出这样的图形来，选择其中的一种或几种并用它们画出部分Web的图形，这样问题就解决了。但是这种方法并不适用。主要的原因是比例。图形的绘制是一个成长的领域，有用的可视化表示法应该是用尽可能少的节点和边组成的图形，但是能产生这种表示法的一般技术是不存在的。布局要基于任务。如果可视化的主要目的是帮助用户以一种有组织的方式记录某浏览时间段的浏览过的轨迹，使用分级布局方式是一种有效的方法。在这一领域内很多原型采用的都是这种方式。

抽象(Abstraction)——在网络信息可视化方面，抽象技术作用是非常显著的，它可以将那些看上去很混乱的网络进行处理，使复杂网络趋于结构化。抽象原则通常是与聚类联系在一起的，也就是说只有具有同样特征或者同一类型的网页才适用于抽象原则。例如：网络导航生成器工具能按照结构特点或者是内容相关特性把节点分组，抽象成高级“簇”。分层和分类是提高可视化的最有效的方法之一，它在视觉上将各种类型的数据分成不同的层。在网络信息可视化技术中，嵌套图表的使用和动态地对可视化外观进行部分强调和淡化技术是完成分层所需要的部分基础。

聚焦(FOCUS)——聚焦有两种方法，一种方法是选择显示与目前任务相关的信息；另一种方法是强调显示的某些部分，同时以淡化方式保留其他部分以便提供相关的上下文联系。这也就是促成鱼眼和其他强调技术的思想。

交互性(Interaction)——用户不仅能观看到绘制的图形。而且能对图形进行一些主动的操作控制，这样用户获得的信息会更多。在直接操作方面有很多方法可以使网络可视化信息更丰富。

4两种网络技术中的信息可视化

综合分析目前网络技术中的信息可视化可以分为两类：一类是基于网站结构的可视化技术；另一类是基于CUT的可视化技术。

4.1网站结构的可视化技术

基于网站结构的可视化技术可以对大型的网站进行可视化。由于大型网站结构复杂，涉及的网页和链接成千上万，要实现大型网站的可视化是非常困难的。必须采取适当的可视化技术才能较好地达到网站可视化预期的目的。目前比较通用的技术有锥形树、双曲线浏览器、NicheWorks等。

(1)锥形树技术适合层次树。它将所有节点显示在一个虚拟的房间中，每个节点和它的孩子节点的布局呈锥形。为了让用户可以观察到所有的数据，锥形是半透明的，而且层攻树可以转动。

(2)双曲浏览器技术为了在有限的平面中显示更多的节点，采用了广角镜的技术。节点的显示空间根据它到焦点节点的距离而逐渐缩小。试验结果表明它显示的节点个数可以10倍于传统的技术。用户在观察图结构的时候，可以使用鼠标转移焦点。

4.2基于CUT的可视化技术

基于CUT的可视化技术中的CUT是Content、Usage、Topology三个单词的缩写，Content指的是网页内容，Usage指的是访问日志，Topology指的是网站结构，所以基于CUT的可视技术就是基于网页内容、访问日志和网站结构的可视化技术。目前基于CUT的可视化技术在很多工具的设计中得到应用，比较典型的有：WebWiz、磁盘树、WebPath等。

(1)WebWiz用二维方式直观地把网站的结构和日志文件中的网站访问情况显示出来。但是它只针对网页中的HTML文件及其相互间的超链接。用节点表示HTML文件。用边表示超链接，把边的颜色、宽度和节点的颜色、宽度作为参数可以由用户来设置。它在显示网站使用情况时，可以选择特定时间段的访问图像，也可以重新“播放”整个访问过程。

(2)磁盘树技术采用了2d平面绘制网站的树状结构，整个网站绘制成圆盘状，根节点在中心，其他节点分布在不同的同心圆上。半径和节点到根的路径的长短成正比。并且把时间作为第三维，使网站圆盘排列在时间轴上(Timetube)。它把属于不同时间段的网站结构合并在一起，以不同的颜色标注页面的状态。边的宽度、亮度和页面的访问频率成正比。