[發明專利]顧及線寬一致性的矢量地圖線符號鉆石形箭頭繪制方法

在審

• 申請號: 201911363772.0
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN111145297A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 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: G06T11/20
• 分類號: G06T11/20;G06T1/20;G06T11/40;G09B29/00
• 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

本發明一種顧及線寬一致性的矢量地圖線符號鉆石形箭頭繪制方法，包括以下步驟：初始化矢量線要素，指定屏幕坐標系線寬，指定起點和終點處是否繪制鉆石形箭頭，接著，按照坐標轉換規則將屏幕線寬轉換為世界坐標系的線寬，對矢量線要素進行三角化操作，并在起點和終點處進行膨脹操作。然后，構建顧及線寬一致性的GPU狀態協議，在CPU中組裝協議內容并傳遞到GPU中。最終，在GPU中獲取狀態協議，在起點和終點處進行鉆石形箭頭的腐蝕操作，實現保持線寬一致的繪制。本發明通過構建面向鉆石形箭頭線符號繪制的狀態協議，利用結構化的狀態協議，實現在地圖縮放過程中不改變線寬、不重新三角化，完成線要素起點、終點處的鉆石形箭頭繪制。

技術領域

本發明涉及數字地圖制圖領域和地理信息系統領域的矢量地圖線符號鉆石形箭頭繪制方法，尤其涉及一種顧及線寬一致性的矢量地圖線符號鉆石形箭頭繪制方法。

背景技術

數字地圖制圖是將現實世界中各種空間信息以地圖的方式呈現出來，點、線和面要素是地圖中最基礎的三種表達結構，由此主導了點、線和面符號化方法。通過各種不同的點符號、線符號和面符號，能夠將空間實體的分布狀況、關聯關系、相互作用等信息形象化的傳遞給讀圖者。為了能夠支撐讀圖者快速理解地圖、準確獲取空間信息，地圖符號的繪制是最為關鍵的因素。在現實地理世界中，廣泛存在著“方向”型的空間信息，如風吹的方向、河流的方向、道路的行駛方向等。為了能夠將此類方向型的信息傳遞給讀圖者，帶有鉆石形箭頭的線符號是一種常用的方法。

為了能夠繪制帶有鉆石形箭頭的線符號，當前主要有兩種方法：一種是基于軟件繪制的方法，一種是基于GPU硬件的方法。前者廣泛應用于現有各種二維地圖平臺上，主要是通過純軟件的方式來操作像素著色，典型的方法有GDI+，Cairo，AGG等。例如，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.)，給出了一種基于GDI+的純軟件繪制方法來表達矢量線要素。該種方法嚴格依賴于矢量線的屏幕坐標和屏幕寬度，當地圖縮放時，需要不斷的進行重新計算和繪制，嚴重降低了地圖顯示的效率。針對此效率低下的問題，后續的研究大多數集中于如何用硬件加速的方法，即后者基于GPU硬件的方法來實現矢量線符號的繪制。

基于GPU硬件繪制的方法主要是研究如何通過GPU著色器(Shader)來繪制線符號。代表性的方法如論文《A?function-based?linear?map?symbol?building?and?renderingmethod?using?shader?language》(Yue?SS,Yang?JS,Chen?M,等.《International?Journalof?Geographical?Information?Science》，2016,30(2):143-16)提出了一種利用OpenGLShader來構建線符號并用GPU繪制。該方法依賴于一個顏色二維數組來表達符號結構，雖然能夠通過數組標記來表達和繪制虛線符號，但整個方法中只是針對固定地圖比例尺的繪制，對于線寬的一致性問題完全沒有涉及；此論文方法也只是對不帶箭頭的線符號，如何處理帶鉆石形箭頭的線符號未有涉及。

而論文《一種基于屏幕的三維地圖線狀符號渲染方法》(劉君妍，陳雅茜，高亦遠，等.《地球信息科學學報》，2018,20(8):1047-1054)提出了將矢量線要素映射成為紋理數據，通過紋理數據來繪制線；該方法主要是針對線要素與地形的融合，線要素的線寬處理明確是隨著地圖縮放而變化的。此外名稱為“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，名為“基于GPU的寬度漸變線型地圖符號繪制方法”(申請號201610015703.0)的中國專利，名為“基于GPU的顏色漸變線型地圖符號繪制方法”(申請號201610016561.X)，都是在分析GPU繪制矢量線要素難點的基礎上，提出了用Shader著色器來繪制線符號的方法。但是這些方法都是針對固定比例尺的線符號繪制，當地圖比例尺變化時，為了保持線寬不變，前述方法都需要重新三角化和繪制。反復不斷的三角化對繪制效率具有明顯的影響，由此造成了地圖的縮放交互仍然存在效率瓶頸。并且由于鉆石形箭頭的特殊性，已有GPU硬件繪制方法均未提出明確的解決方案。