[發明專利]基于有序點集像素無損壓縮的矢量數據高效傳輸方法

有效

• 申請號: 201010180611.0
• 申請日: 2010-05-21
• 公開（公告）號: CN102255873A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 溫永寧;陳旻;吳明光;沈經緯
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;G06F17/30
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 樊文紅

技術領域

本發明公開了一種基于有序點集像素無損壓縮的矢量數據高效傳輸方法，能夠用于地理信息系統領域矢量數據的高效傳輸。

背景技術

空間數據具有海量特征，各種現代化的數據采集手段的應用使得可用的空間數據量正在急劇增加，在可預見的將來，計算機處理能力與無限量的空間數據之間的矛盾將始終存在。為了提高系統的響應速度，在空間數據的組織、傳輸和可視化等環節尋找優化性能的技術和方法始終是GIS研究領域的核心課題。

GIS的矢量數據承擔著空間分析和制圖輸出的雙重任務，經典的矢量數據高效傳輸的研究認為，其是制圖綜合的逆過程，而制圖綜合技術本身尚未成熟，所以，矢量數據高效傳輸在幾何化簡、數據組織、拓撲關系維護等目標之間難以取得一致和平衡。現有的研究工作集中在幾何數據的化簡算法改進以及特定應用的漸進傳輸實驗上，沒有形成完整的解決方案，無法與主流的GIS軟件架構進行有效融合。

針對GIS矢量數據高效傳輸研究所面臨困難，本發明從一種新的視角研究矢量數據的高效傳輸問題。從GIS角度講，空間數據質量的核心就是保證數據本身的精度和數據之間的邏輯正確性(USGS?STDS)。矢量數據經過網絡和計算機一系列的傳輸和處理過程，以“地圖”的形式顯示到輸出設備上，“地圖”的精度和邏輯一致性是數據傳輸和處理過程中各步驟的精度、邏輯一致性和完整性的最終體現。“地圖”的正確性是地理數據蘊含的空間關系和空間分析結果正確表達的前提。

光柵技術在計算機顯示輸出領域取得了絕對優勢，現代計算機的顯示器、各種打印機和繪圖儀都屬于光柵設備，像素是它們共同的基礎。因此，“地圖”的最終輸出結果，從本質上講是顯示輸出設備上一系列像素的集合。追尋矢量數據可視化過程中這一最終決定因素，本發明公開了一種GIS矢量數據的像素無損高效傳輸的方法，所謂“像素無損”是指任何地理要素傳輸的低數據量版本與原始數據的光柵化結果在像素級相同，要素的像素無損保證了要素間拓撲關系在可視化級別與原始數據保持一致，可以有效地回避制圖綜合中復雜的拓撲關系保持計算問題。通過對矢量數據進行像素無損的壓縮編碼，實現矢量數據的幾何簡化、數據壓縮、按需傳輸，綜合提升系統的響應速度。

發明內容

本發明的目的是提供一種高效的矢量數據像素無損傳輸方法，能夠做到低數據量版本與原始數據的光柵化結果在像素級相同，從而提升網絡環境下系統的響應速度。

在光柵設備中，組成矢量圖形的最小單位是像素，像素成為光柵圖形的最小可分辨元素，像素也是光柵化時硬件和軟件所能控制的最小單位，任何小于一個像素的差異在光柵設備上是不能區分的。

空間數據的可視化過程隱含了從地理要素的幾何數據向圖形學的幾何元素，地理要素的屬性特性向圖形學的繪圖參數轉換的過程，在這個過程中蘊含了GIS矢量數據與計算機圖形學之間的幾何同構性、語義轉換性，形成了GIS矢量數據可視化的結果協同性。語義轉換性是依賴幾何同構特性，構成幾何特征的頂點坐標是符號化的控制點，有序點集是線繪制和區域填充的骨架，本發明僅限于幾何層次的頂點坐標和有序點集，不考慮因符號化過程導致的幾何對象膨脹、縮小和位置偏移。

任何空間數據的可視化都是經過一系列轉換變成像素的過程，討論了二維和三維情況下頂點坐標向像素坐標的映射以及映射后的坐標之間的距離變化關系，分析了頂點坐標在可視化模型下通用的像素等價的條件。

矢量數據頂點坐標的整數化的固定精度模型基于以下兩個事實：1)空間數據的坐標系是有一定范圍的；2)空間數據有一定的精度標準，高于該精度的數據是沒有意義的。建立了固定精度模型與像素等價之間的關系。考慮固定精度模型像素等價的條件，在可視化坐標變換T下，滿足與像素等價的條件是：對于坐標的最大縮放比為S’，在二維情況下需要的位數可以由公式求的，INT表示整數。并不需要傳遞頂點坐標數值中的所有二進制位就可以達到像素等價的條件，而只需傳遞n位就可以滿足像素無損。

在本發明公開了一種矢量的數據編碼方式，將四個頂點作為一個聚集進行存儲，能夠有效地解決內存中數據位的浪費問題。將二進制壓縮編碼后的數據進行傳輸，根據固定精度模型，利用位數n和N位精度下分辨率，反算頂點坐標，可以實現像素無損的高效傳輸。

分析OGC定義的所有WKB類型的結構，WKB類型的表達實現了二進制結構與OGC簡單要素規范的對應性。由定義的數據結構可知，矢量數據可以看成有序點集的集合。基于有序點集像素無損壓縮方法能夠實現GIS矢量數據高效傳輸。

本發明以矢量數據的用戶交互體驗為出發點，以全新的思路解決矢量數據傳輸過程中的兩個核心問題：