[發明專利]一種大場景中矢量地圖與高分辨率數字高程模型自動疊加渲染的方法

無效

• 申請號: 201210089319.7
• 申請日: 2012-03-30
• 公開（公告）號: CN102651141A
• 公開（公告）日: 2012-08-29
• 發明（設計）人: 張立強;張良;楊玲
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G06T17/05
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術領域

本發明涉及一種大場景中矢量地圖與高分辨率數字高程模型實時疊加渲染的方法，屬于空間信息技術領域。

二、背景技術

在三維空間場景中，通過矢量數字地圖與三維數字高程模型的疊加，可非常直觀準確的提供地形和其它地物的空間信息，并相互增強兩者在空間信息表達和分析中的作用，在空間決策、虛擬現實以及地理信息系統等領域中都有重要應用價值。目前，絕大多數三維地形建模采用細節層次模型，地形表面隨著視點的移動實時重構，這要求二維地圖的疊加渲染算法在地形重構時仍能保持與地表精確無縫的疊加；另外一方面，渲染的延遲和停頓是不能被用戶接受的，而矢量地圖往往包括大量的要素，因此在保證矢量精確疊加的同時，如何保持較高的渲染效率是一個亟待解決的技術問題。

目前的研究基本可分為兩類，一類是基于幾何的，一類是基于紋理的。前者需要求算與每個細節層次下矢量要素轉折處的交點，占用了額外的存儲空間；也可在渲染過程中根據當前細節層次實時計算交點，但數據量增大時，會影響顯示的效果；后者主要是由矢量數據生成紋理圖，紋理映射疊加到地形上，該方法的缺陷是視點拉近時會造成邊界模糊，解決方法是增大紋理尺寸，或者生成多張不同分辨率的紋理圖，如果矢量數據所在區域的范圍很大，要想精確顯示，就必須采用很大尺寸的紋理，或者生成并存儲很多張紋理圖，這會耗費大量紋理內存，也會影響可視化的質量。

為了減少渲染所需內存開銷，實現高質量大規模矢量地圖數據與數字高程模型疊加，本發明提供了一種矢量地圖與高分辨率數字高程模型實時疊加渲染的方法，該方法計算過程簡單、執行效率高，能夠自適應于不同的三維數字地表建模模型，可以廣泛應用在大尺度的空間信息疊置分析中。

三、發明內容

1、目的：本發明的目的是在保持矢量地圖要素幾何拓撲關系不變的前提下，解決大規模矢量地圖數據和數字高程模型快速疊加顯示的問題，提供一種動態、自適應的疊加方法，克服現有方法占用計算機內存多、疊加效率低、計算復雜等缺點，具有良好的實用價值。

2、技術方案：本發明涉及一種大場景中矢量地圖與高分辨率數字高程模型自動疊加渲染的方法，該方法的步驟流程如圖1所示，具體如下：

步驟一：選擇矢量數據與數字高程疊加的細節層次模型

由于矢量要素的形狀往往是不規則的，且同一幅地圖中矢量要素的長度或面積差異也較大，同一要素很可能一部分離視點近，另一部分離視點遠。考慮到矢量數據與地形疊加過程中，矢量要素被分割為單調鏈，因此，在選擇細節層次時，本發明針對的是單調鏈，而不是要素本身。但是，一幅地圖可能包含很多要素，而每個要素又被拆分為多個單調鏈，依次計算這些單調鏈與視點的距離將耗費一定時間，為了提高計算效率，本發明提供了子區域索引的方法。在預處理階段，計算矢量要素的最小包圍矩形框以及單調鏈的總個數n_sub；設定值n_avg，將最小包圍矩形分割成個等大的子區域，這樣，平均每個區域包含n_avg個單調鏈，對每個子區域，計算有哪些線要素完全或部分被其包含，記錄下這些線要素的編號。一幅地圖矢量要素的分布不可能是完全均勻的，有可能某些子區域沒有任何要素落在里面，那么就刪除這些子區域。

給出2個距離閾值f₁和f₂(f₁＞f₂)，確定從0到3共4個細節層次。場景漫游時，首先判斷每個子區域是否可見。如不可見，則其細節層次設為0，否則，求得其中心距視點的距離d；如果d＞f₁，設定其細節層次為1，若f₂＜d＜f₁，則細節層次為2，若d＜f₂則為3。判斷了子區域的細節層后，由此確定每個單調鏈的細節層次。一個單調鏈可能落于一個或多個子區域中，將包含它的子區域的最大細節層次設為本單調鏈的細節層次。

步驟二：建立疊加的多分辨率模型

如果一個單調鏈的細節層次是3，則將其用陰影體的方法渲染在地形上；如果是2，則將其簡化后的結果用陰影體的方法疊加在地形上；如果是1，則將其用三維線段的方式近似疊加在地形上；如果是0，則不予渲染。