[發(fā)明專利]基于GPU的地圖矢量線要素拐角合理性繪制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610016109.3
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105701759B
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發(fā)明（設計）人: 溫永寧;樂松山;陳旻;閭國年
• 申請（專利權(quán)）人: 南京師范大學
• 主分類號: G06T1/20
• 分類號: G06T1/20;G06T11/20;G06T11/40
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李媛媛

本發(fā)明涉及GIS領(lǐng)域和數(shù)字地圖制圖領(lǐng)域的一種符號化渲染技術(shù)，給出了一種基于GPU的地圖矢量線要素拐角合理性繪制方法，實現(xiàn)了基于該方法的線狀矢量要素合理繪制。該方法包括以下步驟：首先根據(jù)需要填充的地圖符號單元生成相應的顏色結(jié)構(gòu)表，并在顏色結(jié)構(gòu)表中制定特定的列作為背景列。接著根據(jù)線寬構(gòu)造三角化后的線三角網(wǎng)，將沿線走向的U參數(shù)和垂直于線走向的V參數(shù)傳遞給三角網(wǎng)中的每個頂點，在對頂點賦U值時，如果拐角處的填充是背景列，則調(diào)整U值。最后將此結(jié)構(gòu)顏色表和U?V參數(shù)傳遞到著色器程序中，利用Shader語言，根據(jù)每個頂點上的U?V值，基于顏色結(jié)構(gòu)表進行線要素的逐像素繪制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及GIS領(lǐng)域和電子地圖領(lǐng)域的一種符號化渲染技術(shù)，給出了一種基于GPU(Graphics Processing Unit)可編程流水線及Shader語言的地圖線要素拐角合理性繪制方法。

背景技術(shù)

地理空間實體的符號化方法是地理信息領(lǐng)域和地圖制圖領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。相比于常用的點符號和面符號，線符號由于其需要沿著線狀要素的走向來填充繪制的特點，往往更加困難和耗時。除了常用的實線和虛線之外，地圖表達中需要用的線型符號更為復雜。如城市主干道的線型符號是帶有邊框的雙線圖元；鐵路符號是帶有邊框的黑白相間的圖元；單邊邊界線符號是齒狀的圖元。這些線型符號利用不同幾何形狀組合而成一個帶有語義信息的圖元。傳統(tǒng)的繪制方式是通過符號相關(guān)的特定函數(shù)，為每一個線型符號設計相應的繪制函數(shù)，這種方式應用場景固定，可擴展性不強。另一種常用的方式是利用組合繪制的方式來將地圖符號分解，再根據(jù)分解出來的圖元多次繪制矢量線；這種方式需要對原始的矢量線繪制多次，影響了其繪制效率。論文《面向GIS的矢量線狀符號填充算法研究》(張海泉,潘懋,吳煥萍,等.《地理與地理信息科學》,2004,20(04):11-14.)介紹了這些基本方法。

由于地圖符號的復雜性，也導致了在矢量線要素拐角處的繪制容易出現(xiàn)重繪、漏繪的問題，也就是拐角的不合理填充問題。這種不合理填充主要出現(xiàn)在用符號結(jié)構(gòu)中不連續(xù)的部分繪制拐角，形成不一致的繪制；也出現(xiàn)在用符號結(jié)構(gòu)中空白色來填充拐角，形成拐角的歧義，也就是說在拐角處既可以認為是連續(xù)的線，也可以認為是兩條線。論文《基于GDI+的復雜線狀符號優(yōu)化算法》(秦佐,周曉光,劉軍生,等.《測繪科學》,2011,04期(04):183-185.)在對線狀符號的復雜性進行分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)了線狀符號的基本組成結(jié)構(gòu)以及在拐角處的繪制的轉(zhuǎn)角問題。雖然該論文的方法提出了一種基于最小符號單元定位點的方案來解決拐角處的繪制問題，但其方法仍然是純軟件繪制的方法，對于線型符號的繪制需要多次重復的繪制才能表達符號的復雜結(jié)構(gòu)；采用變換間隔距離的方式能夠一定程度上避免在拐角處出現(xiàn)不合理的填充，但這種方式依賴于對矢量線要素的長度預先計算，且需不斷調(diào)整間隔。在當前數(shù)據(jù)更新頻率加快、數(shù)據(jù)獲取精度不斷提高、大數(shù)據(jù)的背景下，其繪制效率受到了極大的制約，也難以適應硬件加速繪制和GPU計算的技術(shù)趨勢。名稱為“基于GPU的地圖線形符號繪制方法及系統(tǒng)”，申請?zhí)?01310125110.6的中國專利，在分析地圖線形符號繪制的難點的基礎(chǔ)上，公開了一種在Shader程序里面定制線型地圖符號的繪制方法。但這種方法嚴格依賴于Shader編程，不同的線型符號需要在Shader里面大量的編程才能實現(xiàn)繪制；對于如何將各種各樣的復雜線型地圖符號映射到GPU像素計算的方面并沒有給出方法，對于如何處理拐角處的不合理繪制亦沒有涉及。

因而，如何對矢量線要素的拐角進行合理性繪制是計算機地圖繪制中的一個亟待解決的問題。這種拐角合理性繪制需要適應于多種線型地圖符號，而且不能改變原始矢量線數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在GPU可編程流水線和著色器技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對矢量線要素在拐角處容易發(fā)生不合理繪制的問題，突破傳統(tǒng)用多種不同的間隔模式來避免拐角處重繪漏繪的方式，實現(xiàn)基于符號結(jié)構(gòu)的矢量線要素逐像素繪制，并在繪制過程中就進行拐角合理性處理。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

基于GPU的地圖矢量線要素拐角合理性繪制方法，包括下列步驟：