[發明專利]基于符號結構的線型地圖符號反走樣繪制方法

有效

• 申請號: 201610016510.7
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105701855B
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 樂松山;溫永寧;陳旻;閭國年
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G06T1/20
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李媛媛

本發明涉及GIS領域和數字地圖制圖領域的一種符號化渲染技術，給出了一種基于符號結構信息的線型矢量要素反走樣繪制方法，利用GPU可編程流水線和Shader語言實現了基于該方法的線狀矢量要素高質量繪制。該方法包括以下步驟：首先根據線寬構造三角化后的線Mesh，將沿線走向的U參數和垂直于線走向的V參數傳遞給Mesh中的每個頂點；接著根據需要填充的地圖符號單元生成顏色結構表，確定反走樣閾值，并將此顏色結構表、反走樣閾值和U?V參數傳遞到Shader程序中；利用Shader語言，根據每個頂點的U?V值，判讀當前像素是否在反走樣閾值內，在閾值內則先進行U方向的反走樣顏色混合計算，再進行V方向的反走樣顏色混合計算；最后得到需要填充的顏色，對線要素進行逐像素繪制。

技術領域

本發明涉及GIS領域和數字地圖領域的一種符號化渲染技術，給出了一種基于符號結構的線型地圖符號反走樣繪制方法，利用GPU(Graphics Processing Unit)可編程流水線和Shader語言實現了基于該方法矢量線要素的高質量繪制。設計了顏色結構表來對線型地圖符號進行有效映射和表達，提高了矢量線要素的繪制效率和符號化的靈活性。

背景技術

矢量數據是對空間實體抽象表達的一種重要形式，而利用不同的顏色、尺寸、形狀等參數來對矢量數據進行符號化呈現是將空間實體信息利用地圖傳遞給用戶的重要手段。由于符號化顯示的結果最終是在一個個離散的像素上顯示的，原始數據的數學連續特性無法直接映射到這些像素坐標中，即形成了鋸齒化的效果。為了更加清晰的表達空間信息，對于矢量要素的反走樣繪制一直都是GIS領域和數字地圖制圖領域的研究熱點。

相比于點符號和面符號，線型符號由于需要沿線繪制這一關鍵特性，其繪制過程往往比較復雜。如何進行線段的反走樣繪制，隨著計算機可視化技術的發展，諸多方法被研究和發展。但這些方法要么是利用純軟件方法進行反走樣計算(桂麗娟，申閆春.《基于亞像素精度的任意寬度直線反走樣算法》.《計算機仿真》,2013,30(9):244-247)，如GDI+，AGG，Cairo等圖形繪制方法庫，要么采用全屏反走樣和繪制后處理來對線的邊界實現反走樣(如果多重紋理采樣方法MSAA，快速近似抗鋸齒FXAA，增強型子像素形態學反鋸齒SMAA等方法)。這兩大類方法，前者不能適應于現代硬件加速繪制的技術體系，繪制效率低下；后者需要另外構建獨立的顯存來進行多重采樣和過濾繪制(屬于全屏后處理反走樣)，對于線的反走樣繪制只能在邊界處理，所以要求將一個矢量要素按照符號結構多次繪制，同樣會引起整體效率問題。論文《基于邊界反走樣算法的地圖可視化研究》(梅洋,李霖,賀彪.《武漢大學學報·信息科學版》，2008,7:759-761)給出了一種基于Wu反走算法的地圖符號反走樣繪制方法，但這種仍然只關注于線邊界的反走樣，對矢量線內部的反走樣并沒有考慮。而利用GPU的可編程流水線和Shader來進行線狀要素的繪制能夠將原本需要多次繪制的矢量線要素，用Shader編程的方式一次性繪制。名稱為“基于GPU的地圖線形符號繪制方法及系統”，申請號201310125110.6的中國專利，在分析地圖線形符號繪制的難點的基礎上，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，對于如何進行矢量線要素的反走樣繪制亦沒有給出方法。

因而，如何對符號化的矢量線要素進行反走樣繪制是計算機地圖繪制中的一個亟待解決的問題。這種反走樣繪制需要適應于多種線型地圖符號，且不僅僅是在線的邊界反走樣，對于線要素的內部也需要進行反走樣，從而實現線要素的清晰表達。

發明內容

本發明的目的是在GPU可編程流水線和著色器技術的基礎上，針對矢量線要素的反走樣繪制問題，突破傳統的軟件反走樣和全屏后處理的方式，實現基于符號結構的矢量線要素的邊界與符號內部一致的反走樣繪制。

本發明的技術方案是：

基于符號結構的線型地圖符號反走樣繪制方法，包括下列步驟：