沉浸式虚拟现实中的网络图线绑定以及交互设计

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1、沉浸式虚拟现实中的网络图线绑定以及交互设计EdgeBundlingandInteractionDesigninaVirtualRealityEnvironment学科专业：软件工程作者姓名：张梦佳指导教师：张康教授天津大学软件学院二零一七年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期

2、：2017年12月8日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：2017年12月8日签字日期：2017年12月8日摘要传统的地理网络图可视化往往受制于二维显示屏，而将节点和边线绘制在二维屏幕地图上或者地球模型的外表面上。这样的绘制方式会导致大量的边线相互交叉以及节点和边线相互重叠的棘

3、手问题。同时，地理网络图的节点往往携带了有用的地理位置信息，从而无法通过改变节点的位置来解决这个问题。因此，如何对地理网络图可视化进行高效探索这一问题变得更为迫切。首先，本文设计了一个球体沉浸式模型，该模型将视点放置在一个空心球体球心位置。将地图贴图映射在球体的内表面。通过佩戴虚拟现实头戴式显示器，用户便可以通过随意转动头部来对球体内表面进行连续的浏览。同时，本文还专门为大数据时空网络图的可视化探索设计了一套虚拟现实交互方法。其次，为了能够减少网络图连线的错综杂乱并且能够揭露网络的潜在模式和规律，本文还提出了一个分为五个步骤的参数化的三维线绑定算法。其中，为了避免因为地理网

4、络图的连线和用户的视点产生碰撞而令用户产生不好的观察体验，本文创新性地提出了相应的边线绕开视点区域的解决方法。然后，本文成功使用Unity3D在沉浸式虚拟现实环境中将球体沉浸式模型以及三维线绑定及边线绕开视点的方法应用于两个真实世界的数据集，从而证实我们提出的方法之有效性。采用的两个数据集是全球航线数据集和联合国难民移民数据。最后，本课题设计了一个使用OculusRiftDK2的虚拟现实环境下的用户实验来评估该三维线绑定算法的可用性和效率。该实验结果显示了本文提出的三维线绑定算法能够有效地改善用户浏览地理网络图可视化的时间。关键词：时空数据，虚拟现实，线绑定，大数据可视化I

5、ABSTRACTClassicgeospatialnetworkvisualizationtendstolimititselfto2Drepresentationbyorganizingedgesandnodesona2Dmaportheexternalsurfaceofatraditionalglobemodel.Duetothevisualcluttercausedbyalargeamountofedgecrossingsandnode-edgeoverlaps,efficientexplorationofgeospatialnetworkvisualizationbe

6、comeschallengingwhenthepositionsofthenodesinthenetworkdataareunchangeableastheycarryusefulgeographicalinformation.Therefore,theissueofhowtoeffectivelyexplorethevisualizationofgeographicalnetworkhasbecomeevenmoreurgent.First,thisthesisproposestheSphereImmersiveModel(SIM),whichcontainsahollo

7、wsphereandsetstheviewpointatthecenterofthesphere.Theworldmaptexturecouldbemappedontheinternalsurfaceofthesphere.WiththeHMDon,usersaregivenacontinuousviewoftheinteriorglobespacethrougharbitraryheadmovement.Moreover,thisthesisproposesadedicatedVRinteractionmetho