一种自动化地对数据可视化图表色彩进行优化的方法技术

本发明专利技术公开了一种自动化地对数据可视化图表色彩进行优化的方法，包括以下步骤：步骤一：选择调色板；步骤二：对调色板颜色预先进行优化，因此需要对调色板颜色的数量和进行预处理；步骤三：步骤二保证了调色板颜色的感知程度及和谐程度，本步骤考虑数据与最终可视化结果之间的几何对应关系，从而优化调色板颜色分配效果，该步骤定义优化调色板颜色分配效果的目标方程；步骤四：采用遗传算法对调色板颜色分配效果进行优化。本发明专利技术的目的在于提供一种自动化地对数据可视化图表色彩进行优化的方法，用于对所有数据类型的可视化图表进行自动化配色，在复杂度尽可能低的情况下保证可视化图表色彩的感知程度及和谐程度。图表色彩的感知程度及和谐程度。图表色彩的感知程度及和谐程度。

【技术实现步骤摘要】
一种自动化地对数据可视化图表色彩进行优化的方法


[0001]本专利技术属于数据可视化
，尤其涉及一种自动化地对数据可视化图表色彩进行优化的方法。

技术介绍

[0002]图表是数据可视化的主要呈现方式之一，也是用户感知、理解和分析数据的重要窗口；在统计学中，数据类型主要包括分类型数据和数值型数据，分类型数据适合的可视化图表是条形图、饼图、环形图等，数值型数据适合的可视化图表除了条形图、饼图、环形图，还有直方图、折线图、曲线图等；在用大屏幕展示安全态势感知、银行数据、地理信息数据等等可视化图表时，用户是否能很快感知、理解和分析数据至关重要；
[0003]为了加强用户对数据的感知，通常设计人员会调整可视化图表的大小、颜色或位置等因素，其中，图表的配色对用户数据感知能力有很大影响，和谐美观的配色有助于用户全面系统的理解数据内容，反之，不协调的配色将会阻碍用户对数据的感知能力，甚至误导用户，制造错觉；因此需要重点考虑色彩的匹配，在色彩与数据内容的重要度之间建立关联；
[0004]当前相关研究主要针对分类型数据的可视化图表进行自动化配色及优化，主要图表有散点图、地图、饼图、柱状图；对于散点图的配色优化，主要考虑散点图中各点之间的距离和色差，定义用于测量类别区分度的目标函数，使用目标类中每个点的最近两个邻居的平均类比例来计算每个点的特征，通过迭代的方式优化颜色分配；对于地图、饼图、柱状图的自动化配色，主要有两种方法，第一，使用图数据结构对可视化图表进行建模，然后使用图匹配算法进行颜色分配，最后对颜色分配的结果进行优化、评估；第二，使用遗传算法对调色板颜色进行优化，然后考虑数据与可视化结果之间的几何关系,对调色板颜色到数据的分配方案进行优化；
[0005]当前相关研究存在以下几个问题：第一，缺少对所有数据类型的可视化图表进行自动化配色及优化的方法；第二，基于图数据结构的方法通常重点关注色彩的感知程度，其生成的可视化图表的色彩和谐程度较差，并且在图结构比较复杂的时候，基于图匹配的方法具有极高的复杂度；第三，因为遗传算法的初始化种群具有随机性，在进行调色板颜色优化的时候存在不稳定性；因此，亟需一种自动化地对数据可视化图表色彩进行优化的方法来解决以上问题。

技术实现思路

[0006]针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是提供一种自动化地对数据可视化图表色彩进行优化的方法，以解决
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术提供一种自动化地对数据可视化图表色彩进行优化的方法，包括以下步骤：
[0009]步骤一：选择调色板；
[0010]步骤二：对调色板颜色预先进行优化，通常调色板颜色的数量多于实际所需颜色的数量，使用图匹配算法或遗传算法对颜色进行分配时会增加算法的复杂程度，同时为了避免图表中的颜色过于相似，影响感知程度及和谐程度，因此需要对调色板颜色的数量和进行预处理；
[0011]步骤三：步骤二保证了调色板颜色的感知程度及和谐程度，本步骤考虑数据与最终可视化结果之间的几何对应关系，从而优化调色板颜色分配效果，即找到数据类别与颜色之间最优的映射方式,使不同的数据拥有不同的颜色，保证数据可视化图表整体颜色的感知程度及和谐程度，该步骤定义优化调色板颜色分配效果的目标方程；
[0012]步骤四：采用遗传算法对调色板颜色分配效果进行优化。
[0013]优选地，所述步骤一中对于分类型数据，选择Colorgorical可视化工具中的离散调色板，对于数值型数据，选择ColorBuilder可视化工具中的连续调色板，初始调色板颜色的数量是分类型数据的类别数量或者数值型数据个数的2倍。
[0014]优选地，所述步骤二中调色板颜色如果主色是蓝色，用户更偏向于通过调整一致性来实现和谐的颜色，如果主色是红色，用户更偏向于通过调整互补性来实现和谐的颜色；
[0015]定义C＝{C1,...C
2n
}为具有2n种颜色的调色板，分别计算2n种颜色的RGB色值中红色和蓝色的分值总和。定义情况S1，蓝色分值总和大于等于红色分值总和，定义一致性色差ΔE1，采用CIEDE2000色差公式；定义情况2，蓝色分值总和小于红色分值总和，定义互补性色差ΔE2，设颜色C1的RGB值为(R1,G1,B1)，颜色C2的RGB值为(R2,G2,B2)，ΔE2＝(Max(B1,B2)
‑
Min(B1,B2))/(B1+B2)；
[0016]然后，定义C＝{C1,...C
2n
}为具有2n种颜色的调色板，|C|＝2n，预期要得到的调色板颜色个数为n，定义为R＝{R1,...,R
n
}，R是C的子集；当|R|！＝n时，计算R中每两个颜色的色差ΔE，如果是情况S1，ΔE是ΔE1，如果是情况S2，ΔE是ΔE2；首先按照最小色差进行排序，如果最小色差相同，那么按照第二小色差进行排序，依次类推；排好序后，删除R中的第一个颜色，该颜色和其他颜色的差距最小；直到|R|＝n时，得到R。
[0017]优选地，所述步骤三中首先，定义O(R
x
,R
y
)计算两个相邻的色块的和谐程度如下，H
Δxy
，C
Δxy
和L
Δxy
分别对应CIELAB空间下的色调差异、饱和度差异和亮度差异：
[0018]O(R
x
,R
y
)＝0.2O
ΔH
+0.3O
ΔC
+O
ΔL
+O
Hsum
+O
Csum
+O
Lsum
；
[0019]O
ΔH
＝
‑
0.6tanh(
‑
1.3+0.03H
Δxy
)；
[0020]O
ΔC
＝
‑
0.8tanh(
‑
0.6+0.06C
Δxy
)
[0021]O
ΔL
＝0.3tanh(
‑
0.6+0.06L
Δxy
)
[0022]O
Hsum
＝0.5+0.3tanh[
‑
3+0.01(H
x
+H
y
)][0023]O
Csum
＝0.4+0.7tanh[5.1+0.022(C
x
+C
y
)][0024]O
Lsum
＝0.6+0.3tanh[
‑
2.1+0.03(L
x
+L
y
)][0025]然后，定义Z(R
x
,R
y
)计算两个相邻的色块的感知差异程度如下，ΔE是CIEDE2000色差公式，s
x<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动化地对数据可视化图表色彩进行优化的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：选择调色板；步骤二：对调色板颜色预先进行优化，通常调色板颜色的数量多于实际所需颜色的数量，使用图匹配算法或遗传算法对颜色进行分配时会增加算法的复杂程度，同时为了避免图表中的颜色过于相似，影响感知程度及和谐程度，因此需要对调色板颜色的数量和进行预处理；步骤三：步骤二保证了调色板颜色的感知程度及和谐程度，本步骤考虑数据与最终可视化结果之间的几何对应关系，从而优化调色板颜色分配效果，即找到数据类别与颜色之间最优的映射方式,使不同的数据拥有不同的颜色，保证数据可视化图表整体颜色的感知程度及和谐程度，该步骤定义优化调色板颜色分配效果的目标方程；步骤四：采用遗传算法对调色板颜色分配效果进行优化。2.如权利要求1所述的一种自动化地对数据可视化图表色彩进行优化的方法，其特征在于：所述步骤一中对于分类型数据，选择Colorgorical可视化工具中的离散调色板，对于数值型数据，选择ColorBuilder可视化工具中的连续调色板，初始调色板颜色的数量是分类型数据的类别数量或者数值型数据个数的2倍。3.如权利要求1所述的一种自动化地对数据可视化图表色彩进行优化的方法，其特征在于：所述步骤二中调色板颜色如果主色是蓝色，用户更偏向于通过调整一致性来实现和谐的颜色，如果主色是红色，用户更偏向于通过调整互补性来实现和谐的颜色；定义C＝{C1,...C
2n
}为具有2n种颜色的调色板，分别计算2n种颜色的RGB色值中红色和蓝色的分值总和。定义情况S1，蓝色分值总和大于等于红色分值总和，定义一致性色差ΔE1，采用CIEDE2000色差公式；定义情况2，蓝色分值总和小于红色分值总和，定义互补性色差ΔE2，设颜色C1的RGB值为(R1,G1,B1)，颜色C2的RGB值为(R2,G2,B2)，ΔE2＝(Max(B1,B2)
‑
Min(B1,B2))/(B1+B2)；然后，定义C＝{C1,...C
2n
}为具有2n种颜色的调色板，|C|＝2n，预期要得到的调色板颜色个数为n，定义为R＝{R1,...,R
n
}，R是C的子集；当|R|！＝n时，计算R中每两个颜色的色差ΔE，如果是情况S1，ΔE是ΔE1，如果是情况S2，ΔE是ΔE2；首先按照最小色差进行排序，如果最小色差相同，那么按照第二小色差进行排序，依次类推；排好序后，删除R中的第一个颜色，该颜色和其他颜色的差距最小；直到|R|＝n时，得到R。4.如权利要求1所述的一种自动化地对数据可视化图表色彩进行优化的方法，其特征在于：所述步骤三中首先定义O(R
x
,R
y
)计算两个相邻的色块的和谐程度如下，H
Δxy
，C
Δxy
和L
Δxy
分别对应CIELAB空间下的色调差异、饱和度差异和亮度差异：O(R
x
,R
y
)＝0.2O
ΔH
+0.3O
ΔC
+O
ΔL
+O
Hsum
+O
Csum
+O
Lsum
；O
ΔH
＝
‑
0.6tanh(
‑
1.3+0.03H
Δxy
)；O
ΔC
＝
‑
0.8tanh(
‑
0.6+0.06C
Δxy
)O
ΔL
＝0.3tanh(
‑
0.6+0.06L
Δxy
)O
Hsum
＝0.5+0.3tanh[
‑
3+0.01(H
x
+H
y
)]O
Csum
＝0.4+0.7tanh[5.1+0.022(C
x
+C
y
)]O
Lsum
＝0.6+0.3tanh[
‑
2.1+0.03(L
x
+L
y
)]然后，定义Z(R
x
,R
y
)计算两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：王樱桦，肖晟，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：