对交通流的可视化、选取与分析(Visualization, Selection, and

栏目:可视化资讯丨时间:06-19丨来源:未知丨作者:admin

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移动物体(Moving objects)例如车辆、血管、飞机、或者行人的轨迹是一种常见的数据。当这些移动物体不是随机地运动,而是有一定的行为模式,例如飞机的航线是固定的,城市中车辆的轨迹反应人们出行的规律,这时我们把这类轨迹的集合成为交通流(Traffic Flow)。然而可视化交通流面临许多挑战:

1.如何可视化所有轨迹的概览(overview)能让用户轻松的找到他们关心的交通流。

2.如何选取交通流。

3.如何分析交通流的运动特征(例如方向,速度,海拔高度等)。

4.如何对比不同的交通流。

面对这些挑战,以及航空流量控制专家的意见,作者提出了如下所示的三个任务。

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图1.本文任务的概览

其中任务1希望用户能够发现,搜索交通流,并能辨别出选取的交通流。任务2而希望用户能能够发现、探索交通流,并能总结交通流的运动特这。任务3则是希望用户能够在探索,对比不同交通流的区别。

作者分别从可视化、选择、分析三项技术说明他们的工作。

首先是可视化,方向是交通流的一个重要特征,需要把方向信息编码到可视化结果中对用户了解交通流的概率十分重要。传统对轨迹方向进行视觉编码的方法有用颜色、图示符的方法。然后用颜色映射往往会造成颜色混合问题(blending issues),用图示符的方法则会有遮挡问题。作者采用了动画的形式基于粒子系统(partical system)。每条轨迹被渲染成单独的粒子在原轨迹上运动。把所有轨迹一起渲染,自然能生产密度图。如图2所示,用高斯平滑的方式渲染粒子的密度图的效果较好,因此采用该技术。这种形式的优点是不用干扰其他视觉编码的元素,缺点是要求平台能渲染高帧率的平滑的动画。

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图2. (a)用光照的方法渲染密度图(b)用高斯平滑的方法渲染密度图。

粒子的速度可以用来编码轨迹的其他属性。 作者尝试使用其编码原轨迹的实际速度、海拔高度,但是速度、海拔高度的多样性让使用者觉得十分混乱,对观察交通流起到负面的作用。因此作者将粒子的速度都设为常数。

接下来是交通流的选取。用户能够通过任意点击三个以上的顶点创建一个多边形,所有通过该多边形的轨迹都会被过滤出来,接下来用户能够限制筛选出轨迹的方向:如图3所示,作者首先运用主成分分析(PCA)的方法提取交通流的主要方向,并且把它放在多边形的中央。通过拖拽锚点的位置,能够设定交通流的方向范围:把锚点往前移动能够增大范围,把锚点往后移则减小范围。同时把锚点绕着多边形旋转则能选择范围。当然这个方法还支持多区域复杂的轨迹选取,通过创建多个多边形,他们之间交、并、补的操作能够筛选出更精确的轨迹。4.pic图3 交通流的选取

最后是对筛选出的交通流进行分析。对于筛选出的交通流,用户能够通过创建多边形的方式分析这些交通流在特定区域的特征。如图4所示,作者在独立的窗口上通过柱状图展示交通流在时间上的分布,用极坐标形式的面积图展示交通流方向的分布,用密度图展示空间分布。用户可以把鼠标悬停在柱状图上,观察特定时间的交通流(图4b)。可以点击左下角的矩形选择启用、禁止已创建的过滤器(图4c)。

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图4 交通流的分析

分析任务还包括对比不同的交通流,作者提供了数值对比和差值对比两种形式。如图5a所示,堆叠的方式展示了三组交通流在时间分布的柱状图和方向分布用来作数值的情况。图5b则把两组交通流的在时间和方向分布的差值表现到原来的形式中,颜色表示数量占优的一方。

 

6.pic图5 交通流的对比分析

 

[1] Scheepens, R., Hurter, C., van de Wetering, H., & van Wijk, J. Visualization, Selection, and Analysis of Traffic Flows. IEEE Trans. Vis. Comput. Graph. (InfoVis), 2015, to appear.

 

来源:北京大学可视化与可视分析博客

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2017-06-19 16:26 发布 丨 人浏览

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