[發明專利]三維場景中建筑物注記的自動放置方法

有效

• 申請號: 201811375219.4
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109598792B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 佘江峰;李鑫馳;劉君妍;陳雅茜;李夢瑤
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G06T19/20
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孟紅梅

本發明方法公開了一種三維場景中建筑物注記的自動放置方法，該方法針對三維建筑物的幾何形態特征，在預處理階段為每個建筑物模型構建包含固定朝向注記和動態朝向注記的候選注記集，在交互瀏覽階段根據視點相關的注記評價算法篩選最優注記。將注記投影到屏幕空間沖突處理時，根據注記的全局優先級采用貪心算法依次放置注記。與現有技術相比，本發明方法的實時計算量小，并且能夠適應視角、視距和可視性的動態變化，有效保持注記與建筑物要素的關聯性。此外，采用貪心算法按照優先級順序依次放置注記，可在高效處理屏幕空間注記沖突的同時，保留離視點較近、沖突度較低及具有較高建筑物顯著性的注記，提高全局注記的可讀性。

技術領域

本發明屬于地理信息科學和計算機圖形學領域，具體涉及三維場景中建筑物注記的自動放置方法。

背景技術

目前在二維地圖注記放置及三維場景中注記放置方面的相關研究包括如下幾個方面：

(1)二維地圖注記放置

文字注記的自動放置一直是二維地圖學中的一個研究熱點，按照被注記要素的類型可將地圖文字注記劃分為點要素注記、線要素注記、面要素注記。二維注記研究聚焦于要素注記的自動放置問題。Edmondson et al.認為地圖注記的自動放置可分為候選位置生成、注記位置評價和方案選擇三個階段。

在候選位置生成階段，分別對每個要素生成多個候選位置。Christensen et al.提出對于點要素注記，可選取點周圍的四個或八個矩形區域作為文字注記候選位置。線要素注記通常以要素中心線或沿線分布的緩沖區為候選位置，必要時將線要素分為多段重復注記。面要素注記的候選位置生成方法可分為兩種，一種是選取面要素區域內若干個特征點作為其候選位置，從而將面要素注記轉化為點要素注記問題；另一種方法則提取面要素骨骼線，以骨架線為注記候選位置。

在注記位置評價階段，根據候選位置與被注記要素的相對空間關系對每個候選注記進行評價。在方案選擇階段，從一系列候選位置中為每個要素選擇一個位置，以獲取最合適的注記方案。二維要素文字注記均在一個平面上，在大多數算法中，這種平面注記的放置被看作全局最優問題，即給定每個注記的候選位置，在確保沒有互相壓蓋的情況下，在平面上放置最多數量的注記，這被證明是一個NP-hard問題。Steven Zoraster等采用啟發式搜索算法來解決這一組合優化問題。在二維電子地圖中，為取得交互效率與全局注記放置效果的平衡，多采用貪心算法來實現注記的快速放置。

(2)通用三維注記研究

盡管二維注記研究已較為充分，但二維注記方法難以直接應用于三維注記中。與二維注記類似，三維注記具有視覺和空間屬性，其文字大小、位置和朝向等屬性在對象空間中均存在固定不變或動態變化兩種不同的樣式。注記的視覺屬性包括文字內容、色彩、字體類型、文字大小等。文字大小固定的類型規定注記與被注記物體的尺寸始終保持一致，類似于現實場景中的標識牌，存在著遠處注記尺寸過小難以識別的缺陷。在動態變化情況下，文字基于視點距離縮放，使得場景中較遠對象的注記依舊保持較高的可讀性。

注記的空間屬性包含位置和朝向，體現著其與被注記對象的關聯性。其中注記的位置可能是固定的或動態變化的。固定位置的注記在對象空間中位置保持不變。現有的三維虛擬地球引擎多采用固定位置的文字注記，例如，Google Earth將建筑物注記放置在建筑物的頂部的某一個固定位置。但由于不同視角下要素在屏幕空間中呈現的形狀不一致，固定位置的注記難以在多個視角下保持與被注記要素的相關性，并存在被遮擋的可能。相比而言，位置動態變化的注記則隨著要素在屏幕空間中呈現的形狀動態調整位置，以確保在不同的視角下，注記始終保持較高的可視性及對象關聯性。