[發明專利]一種地形數據的平滑處理方法及裝置

有效

• 申請號: 201611181652.5
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106600694B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 萬林;李艷婷;昝小強;謝忠;楊乃
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G06T5/00
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所 11302
• 代理人: 房德權

技術領域

本發明涉及圖像處理技術領域，尤其涉及一種地形數據的平滑處理方法及裝置。

背景技術

地形作為自然界最復雜的景物之一，對其進行實時、逼真的三維構建及可視化一直是計算機圖形學的重要研究內容。其在游戲如大型三維游戲(如：《魔獸世界》)、虛擬游戲(如：虛擬紫禁城)、影視動漫設計、三維可視化地理信息系統(如：《ArcGIS》套件)，以及國防軍事領域包括戰場環境態勢仿真、戰法戰式模擬演練等領域有著廣泛的應用。目前，三維地形的構建可通過結合觀察點的位置決定模型細節的選擇，以減少圖形處理的復雜度，提高圖形生成效率，達到實時動態繪制要求。而三維地形場景的真實感表達與呈現是三維地形構建以及基于地形的可視化應用處理的一大挑戰。

地形的真實感表達包括地形的高低起伏特征的精確繪制。繪制地形輪廓線時一般利用高程數據來繪制，但是隨機誤差會導致輪廓線呈“鋸齒”形，所以有必要對高程數據進行平滑處理。常用的數據平滑處理有均值濾波、中值濾波、卡爾曼濾波和小波濾波，均值濾波本質上是一種低通濾波方法，在消除誤差的同時會對地形的高頻細節成分造成破壞和損失，故用于高程數據平滑會導致地形特征點改變，中值濾波是一種非線性濾波器，是把數字序列中各點的值用該點的一個領域中各點值的中值代替，在某些條件下既可去除誤差又能有效保護地形特征點，卡爾曼濾波是以最小均方誤差為估計的最佳準則來尋求一套遞歸估計的算法，適合于實時處理和計算機運算，但與中值濾波相比較計算復雜，小波濾波存在兩大難點：一是選擇合適的小波函數；二是確定閾值。

但是以上方法均為基于插值的方法實現地形高程數據的平滑處理，在低分辨率的狀態下忽略地形本身的重要起伏特征，如山峰、河谷等典型區域，使得數據破壞性強，導致視覺上的失真問題。而高程數據平滑處理旨在計算簡潔，并使地形特征盡可能保持不變。因而基于插值的方法并不能很好的滿足三維地形構建對于真實感的要求。

發明內容

本申請實施例通過提供一種地形數據的平滑處理方法及裝置，解決了現有技術中的地形數據的平滑處理方法，大多都是基于插值的方法來實現，存在數據破壞嚴重的技術問題。實現了根據局部地理要素的信息進行平滑處理，減少對地形原始結構的破壞，提高地形模型精度，誤差更小，并且保留了更多的重要信息技術效果。

一方面，本申請通過本申請的一實施例提供如下技術方案：

一種地形數據的平滑處理方法，包括：

從地形柵格數據中任意選取一個頂點作為第一頂點，其中，所述第一頂點即為當前需要進行平滑處理的頂點；

確定與所述第一頂點對應的第一頂點元；

計算所述第一頂點元的法向量；

在所述第一頂點元周圍確定一局部地形；

計算所述局部地形的法向量；

基于所述第一頂點元的法向量和所述局部地形的法向量，矯正所述第一頂點的高程值。

優選地，所述確定與所述第一頂點對應的第一頂點元，包括：

在所述第一頂點周圍選取四個頂點，其中，所述第一頂點和所述四個頂點構成所述第一頂點元，所述第一頂點是所述第一頂點元的中心點。

優選地，所述計算所述第一頂點元的法向量，包括：

基于所述四個頂點中的任意三個頂點確定一個平面，共確定四個平面；

計算出所述四個平面中每個平面的法向量；

計算所述四個平面的法向量的平均值，獲得所述第一頂點元的法向量。

優選地，所述在所述第一頂點周圍確定一局部地形，包括：

確定一間隔距離，其中，所述間隔距離隨視點高度變化；

基于所述間隔距離，在所述第一頂點元周圍選取四個頂點元，所述四個頂點元與所述第一頂點元之間的距離均為所述間隔距離，所述第一頂點元和所述四個頂點元即構成所述局部地形。

優選地，所述間隔距離隨視點高度的變化關系滿足如下等式：

其中，factor為所述間隔距離，h為視點高度，j為在所述局部地形的長度，k為在所局部地形的高度，Q為所述距離間隔的最大值。

優選地，所述間隔距離的最大值滿足如下等式：

其中，H為所述視點高度的最大值。

優選地，所述計算所述局部地形的法向量，包括：

計算所述四個頂點元中每個頂點元的法向量；

計算所述四個頂點元的法向量的平均值，獲得所述局部地形的法向量。

優選地，所述基于所述第一頂點元的法向量和所述局部地形的法向量，矯正所述第一頂點的高程值，包括：