融合堆积图技术的时空数据可视化（Stacking-Based Visualization of Trajectory Attribute Data）

时空轨迹数据的可视化工作一直以来都是一个挑战，它不仅要展现轨迹在时空上的情境，还要显示轨迹上独立的一个点的多维信息。可以把轨迹数据定义如下：

轨迹是有序的点集合 d=<d1,...,dld>d = 每一个数据点 dk(1≤k≤ld)d_k (1 \leq k \leq l_d) 有如下形式：

dk∈(Sn×T×A1×...×Am)d_k \in (S^n \times T \times A_1 \times ... \times A_m)

其中 SnS^n 定义了该点的空间坐标，如果 n=2n = 2 便是指经纬度，n=3n = 3 便再加上高度；T为时间；Ai(1≤i≤m) A_i (1 \leq i \leq m) 是该点处 定量或是定性的属性，比如速度，转角或航班号。

对轨迹的可视化主要分为三个任务：

1. 提取特征： 分别在S及T维度观察A的分布

2. 搜索行为： 检测特定的S及T上的行为

3. 行为比较：比较在不同区域S或不同时间段T上的行为

基于以上任务，原文提出了两种一般化的可视方法：

1. 单条轨迹上的属性信息用一条颜色编码的条带可视

2. 多条轨迹用堆栈起来的条带可视

1、可视化设计总览

总体设计可概括为两部分：

1. S→A S \rightarrow A 的 2D/3D轨迹墙(trajectory wall)及时间透镜(time lens)



2. T→S T \rightarrow S 的2D时间分布图(time graph)

2、可视化组件设计

2.1 单轨迹属性可视

轨迹可用一条联结各数据点的曲线表示，用颜色编码其中的属性。一条轨迹dd有ldl_d 个点，共有ld−1l_d - 1 条线段，由于属性是是对应在ldl_d个点上的，因此无法直接对应于ld−1l_d - 1条线段上。



原文采用了如上图的方法进行颜色编码：

在每条线段中间插入一个点，对于除轨迹的两个边界点外的结点，其颜色编码区域为其邻分界点(split points)之间的线段，两个边界点的编码区域就是其与邻近分界点之间的线段。

2.2多轨迹属性可视

多轨迹可视采用2D地图加3D叠加的条带表示。2D地图上显示实际的轨迹，拉起的z轴表示时间，颜色用于编码属性。这样一图便可显示时空信息及一属性信息。属性信息可选择显示并自动排序。

2.3时间统计信息可视

原文设计了时间透镜用以实现对特定区域中的轨迹在一段时间内的属性统计信息的可视。



透镜内部区域为透镜选择区域内的地理信息，透镜外环用角度表示时间，宽度用来表示属性的比例大小。

Reference:

[1]Stacking-Based Visualization of Trajectory Attribute Data

Christian Tominski, Heidrun Schumann, Gennady Andrienko, and Natalia Andrienko

[2]Video:https://www.youtube.com/watch?v=JKVAaxuj8hQ