[發明專利]矢量實線與三維地形的并行貼合渲染方法

有效

• 申請號: 201410568385.1
• 申請日: 2014-10-23
• 公開（公告）號: CN104318605B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 佘江峰;談心;周陽;郭星辰;劉建龍
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G06T17/30
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及計算機應用、計算機圖形學和地理信息技術領域，具體涉及一種二維矢量實線在三維地形表面的并行貼合渲染方法，可將二維矢量實線渲染于三維地形表面，將二維矢量實線的展示空間從二維平面向三維不規則面拓展，使得三維地理信息系統兼具對地形的真實感表達以及對線形空間規律的抽象表達能力，增強其在交互過程中的可讀性。

背景技術

由Mikael?Vaaraniemi等人在《High-Quality?Cartographic?Roads?on?High-Resolution?DEMs》(高分辨率DEM基礎上的高質量道路符號渲染)中提出現有二維矢量要素在三維地形表面的貼合渲染算法大體分為三類：基于紋理映射的渲染方法、基于幾何映射的渲染方法以及基于模板陰影體的渲染方法。

●基于紋理映射的渲染方法

此類方法的核心思想是將矢量數據通過實時或者預處理的方式柵格化到一張二維圖像上，然后將其作為標準紋理直接映射到地形表面，從而保證矢量數據與地形的無縫貼合。

該方法通過預先計算生成靜態紋理的方法，可以獲得較高的渲染精度，但會占用大量存儲空間，因而需要在存儲空間與渲染質量之間尋求平衡。由于只能生成有限分辨率層次的紋理，在大場景縮放過程中，矢量數據的繪制精度受限，出現比較嚴重的走樣現象。基于紋理映射的方法在碰到陡坡地形時，平面二維矢量在柵格化之后由于不能自動調整分辨率會被局部地形的陡然拉伸造成不合理變形。此外，有限的紋理分辨率層次也會造成在場景縮放時與地表的不完美匹配。

●基于幾何映射的渲染方法

此類方法的關鍵是實現二維矢量與三維地形的精確幾何匹配，適應地形三角網結構以及細節層次技術(Level?of?Detail，LOD)的數據組織方式，以避免出現矢量數據懸浮于空中或者穿插地表等不合理情況。

基本的解決方法是通過動態計算矢量要素經過路線所涉及的地表坡度拐點，并據以在矢量數據中引入對應的新頂點或建立新線段，以實現矢量要素隨著地形坡度變化的同步起伏。對于矢量要素起伏特征點的尋找極度依賴地形表達模型，且非常難以做到任何尺度下的精確匹配，容易出現矢量要素斷續、懸浮在共面圖元之上，或者淹沒于共面圖元之下等現象。在預處理階段將矢量數據集成到地形LOD模型中的方法(即針對地形的每個細節層次創建一個與之相對應的矢量幾何模型)會導致數據量的顯著增加。

●基于模板陰影體的渲染方法

為解決紋理映射方法渲染走樣問題，同時避免幾何映射方法對地形模型的依賴，Schneider和Klein在“Efficient?and?accurate?rendering?of?vector?data?on?virtual?landscapes”(一種將矢量精確渲染到虛擬地表的方法)中提出了基于陰影體算法和模板緩存技術的模板陰影體方法。

方法核心思想有三步：首先將矢量數據沿垂直投影方向擴展為多面體；然后利用生成的多面體通過陰影體算法在模板緩存中生成掩模；最后將掩模添加到三維場景中，完成代表相應矢量數據的屏幕像素著色。此方法對寬度為1個像素的實線要素的渲染有局限性，且算法需要對矢量擴展而成的多面體繪制2遍，會較大程度上影響數據的實時顯示。若三維場景中深度值變化范圍很大，則會導致遠處矢量線的寬度與距離視點近的位置差別明顯。若保留遠處矢量線渲染效果，則近處矢量線會失真；若保證近處矢量線渲染效果，則遠處矢量線會斷續。

發明內容

發明目的：針對現有技術存在的不足，本發明旨在提供一種將二維矢量實線在三維地形表面進行貼合渲染的方法，在能夠消除矢量在三維地形表面的懸浮、穿刺、斷續等現象的同時，具有貼合緊密、精度高等特點。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種矢量實線與三維地形的并行貼合渲染方法，該方法通過CPU+GPU異構計算方式完成圖像的并行渲染，包括如下步驟：

第一步：檢測渲染圖像中的地形輪廓線，為其鄰域內會引起誤判的像素建立一個“避免著色像素表”，針對該表中的像素將不作著色修改，后續步驟中的計算或處理均不針對該表中的像素進行；

第二步：為二維矢量實線建立空間索引，以提高后續步驟中空間關系的判斷性能；

第三步：建立一個與屏幕大小相同的“矢量著色緩沖區”，以暫存矢量著色效果；