本发明专利技术公开了一种基于高精度DEM数据的三维地形简化算法，包括如下步骤：1)四叉树数据结构设计，2)计算不规则三角网的视点无关误差，3)对四叉树结点细分，4)地形简化误差判断，与常见的DEM相比，本算法对四叉树数据结构进行特别设计，不仅定义了点、边、三角面链表，还对块的中心点边界以及块的误差度量值作出定义，在对不规则三角网的视点无关误差作出计算后，对误差值进一步细分，并作出进一步的误差判断，在对建立大范围、大比例尺的实时、可交互的虚拟地形环境进行简化的同时，通过计算每个节点的重要性测度时，简化节点的复杂度，从而提高地形绘制效率，并且得到的效果图地形细节细致真实。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种算法，具体是一种基于高精度DEM数据的三维地形简化算法，属于影像处理
技术介绍
为了更高效的生成高仿真、大规模、高精度的输电线路三维地形场景，常采用地形数字高程数据(DEM)，在运用这些海量地形数据建立地形模型时，通常包含数以亿计的三角形，而解决三角网格模型数据量大的一个办法就是对网络数据进行简化。规则网格结构由于数据结构简单而得到了较为广泛的应用，常见的DEM就使用了规则网格，树结构是规则网络地形绘制中经常采用的数据结构，四叉树常被用于地形的简化。树结构可以方便的对地形进行分块、大大减少了地形绘制时间，加速了地形简化，但是却占用大量的内存空间，而基于树结构表达的不规则三角形(TIN)能够很好的实现对三维场景数据近似，视觉连续性也比较好，但其三角网算法存在执行效率低的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于高精度DEM数据的三维地形简化算法，在建立大范围、大比例尺的实时、可交互的虚拟地形环境，获得更好的近似原始地形的同时，提高算法的执行效率。为达到上述目的，本基于高精度DEM数据的三维地形简化算法，包括以下步骤：(1)在高精度DEM数据基础上，建立基于四叉树结构DEM模型，并且定义点、边、三角面链表，以及块的中心点边界以及块的误差度量值；(2)根据步骤(1)的设计，计算不规则三角网的视点无关误差值，根据得到的不规则三角网的视点无关误差进行投影误差的计算，以提高地形绘制精度；(3)将步骤(2)中求出的不规则三角网的视点无关误差值和设定的阈值相比较，大于则插入该视点，小于则进一步扩大包围球范围；(4)选取插入多个视点的整个地形为结点，根据设定条件判断结点是否满足条件要求，若满足，则为叶子结点；不满足，则将该结点分为4个子节点，用递归的方法判断4个子节点是否满足叶子结点条件，直到不可再分为止，其判别依据为根据前面步骤所求出的不规则三角网的视点无关误差值来确定的节点误差值e(Ci)，用于确定地形绘制的简化程度。进一步地，步骤(2)中不规则三角网的视点无关误差S(Ci)，可由如下公式计算：S(Ci)=∫d(Ci)|h(x,y)-A(Star(p))|dxdy---(1)]]>其中，h(x，y)为地形高程函数，A(Star(p))为结点定义的平均误差平面，不规则三角网的视点无关误差可以由式(1)计算，其中的d(Cj)的范围由误差嵌套球确定，对于特定物理点来说，其投影误差和实际视点无关误差成正比而且其距视点越远，投影误差越小，其计算公式为：ρi=λS(Ci)||pi-e||---(2)]]>其中，为Pi为结点，e为视点，λ为投影系数，是实际物体尺寸在投影空间投影变换后的放大倍数；进一步地，步骤(3)中对根据(2)式求出的不规则三角形无关误差值的大小进行进一步细分，结点继续细分的条件是：ρi>τ⇔λS(Ci)||pi-e||-Ri>τ⇒λτS(Ci)>||pi-e||-Ri⇒(1kS(Ci)+Ri)2>||pi-e||2---(3)]]>其中k＝τ/λ，经过式(3)的优化，算法可以达到比较理想的计算效果，针对无关误差值的大小，就可以和阈值相比较，大于则插入该视点，小于则进一步扩大包围球范围；进一步地，步骤(4)为地形简化误差判断，首先选取就整个地形为结点，然后判断结点是否满足某种条件，如果是则认为是叶子结点，否则将该结点四分为4个子节点，用递归的方法判断4个子节点是否满足叶子结点条件，直到不可再分为止，其算法过程如下：根节点入栈，若栈不为空，且栈结点小于e(Ci)，则将结点放入点集合，算法结束；若栈不为空，但栈结点大于或等于e(Ci)，则返回上一程序，继续分为子节点，直到栈结点小于e(Ci)，则将结点放入点集合，算法结束；若栈为空，则算法结束。e(Ci)的计算公式为：e(Ci)=k·l×L×λ2×tanα2×d·S(Ci)---(4)]]>其中α为视点的张角，L为投影平面的边长，l为被投线段长度，d为视点与该线段中心的距离，λ为物体空间中的单位长度在投影平面上的像素数，k为一个可变的系数。与常见的DEM相比，本算法对四叉树数据结构进行了特别设计，不仅定义了点、边、三角面链表，还对块的中心点边界以及块的误差度量值作出定义，在对不规则三角网的视点无关误差作出计算后，对误差值进一步细分，并作出进一步的误差判断，在对建立大范围、大比例尺的实时、可交互的虚拟地形环境进行简化的同时，通过计算每个节点的重要性测度时，简化节点的复杂度，提高了地形绘制效率，且得到的效果图地形细节细致真实。附图说明图1为本专利技术步骤(4)的算法过程流程图。具体实施方式下面对本专利技术作进一步说明。本基于高精度DEM数据的三维地形简化算法，包括以下步骤：(1)在高精度DEM数据基础上，建立基于四叉树结构的DEM模型，并且定义点、边、三角面链表，以及块的中心点边界以及块的误差度量值，设计过程如下：以上设计的目的是在地形的层次细节模型中，方便的对视景替以外的地形进行裁剪和误差过渡计算，以便加快绘制速度。(2)根据步骤(1)的设计，计算不规则三角网的视点无关误差值，根据得到的不规则三角网的视点无关误差进行投影误差的计算，以提高地形绘制信度；(3)将步骤(2)中求出的不规则三角网的视点无关误差值和设定的阈值相比较，大于则插入该视点，小于则进一步扩大包围球范围；(4)选取插入多个视点的整个地形为结点，根据设定条件判断结点是否满足条件要求，若满足，则为叶子结点；不满足，则将该结点分为4个子节点，用递归的方法判断4个子节点是否满足叶子结点条件，直到不可再分为止，其判别依据为根据前面步骤所求出的不规则三角网的视点无关误差值来确定的节点误差值e(Ci)，用于确定地形绘制的简化程度。步骤(2)中不规则三角网的视点无关误差S(Ci)，可由如下公式计算：S(Ci)=∫d(Ci)|h(x,y)-A(Star(p))|dxdy---(1)]]>其中，h(x，y)为地形高程函数，A(Star(p))为结点定义的平均误差平面，不规则三角网的视点无关误差可以由式(1)计算，其中的d(Cj)的范围由误差嵌套球确定，对于特定物理点来说，其投影误差和实际视点无关误差成正比而且其距视点越远，投影误差越小，其计算公式为：ρi=λS(Ci)||pi-e||---(2)]]>其中，为Pi为结点，e为视点，λ为投影系数，是实际物体尺寸在投影空间投影变换后的放大倍数；步骤(3)中对根据(2)式求出的不规则三角形无关误差值的大小进行进一步细分，结点继续细分的条件是：ρi>τ⇔λS(Ci)||pi-e||-Ri>τ⇒λτS(Ci)>||pi-e||-Ri&DoubleRight本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于高精度DEM数据的三维地形简化算法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在高精度DEM数据基础上，建立基于四叉树结构的DEM模型，并且定义点、边、三角面链表，以及块的中心点边界以及块的误差度量值；(2)根据步骤(1)的设计，计算不规则三角网的视点无关误差值，根据得到的不规则三角网的视点无关误差进行投影误差的计算，以提高地形绘制精度；(3)将步骤(2)中求出的不规则三角网的视点无关误差值和设定的阈值相比较，大于则插入该视点，小于则进一步扩大包围球范围；(4)选取插入多个视点的整个地形为结点，根据设定条件判断结点是否满足条件要求，若满足，则为叶子结点；不满足，则将该结点分为4个子节点，用递归的方法判断4个子节点是否满足叶子结点条件，直到不可再分为止，其判别依据为根据前面步骤所求出的不规则三角网的视点无关误差值来确定的节点误差值e(Ci)，用于确定地形绘制的简化程度。
【技术特征摘要】
1.一种基于高精度DEM数据的三维地形简化算法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在高精度DEM数据基础上，建立基于四叉树结构的DEM模型，并且定义点、边、三角面链表，以及块的中心点边界以及块的误差度量值；(2)根据步骤(1)的设计，计算不规则三角网的视点无关误差值，根据得到的不规则三角网的视点无关误差进行投影误差的计算，以提高地形绘制精度；(3)将步骤(2)中求出的不规则三角网的视点无关误差值和设定的阈值相比较，大于则插入该视点，小于则进一步扩大包围球范围；(4)选取插入多个视点的整个地形为结点，根据设定条件判断结点是否满足条件要求，若满足，则为叶子结点；不满足，则将该结点分为4个子节点，用递归的方法判断4个子节点是否满足叶子结点条件，直到不可再分为止，其判别依据为根据前面步骤所求出的不规则三角网的视点无关误差值来确定的节点误差值e(Ci)，用于确定地形绘制的简化程度。2.根据权利要求1所述的一种基于高精度DEM数据的三维地形简化算法，其特征在于，步骤(2)中不规则三角网的视点无关误差S(Ci)，可由如下公式计算：其中，h(x，y)为地形高程函数，A(Star(p))为结点定义的平均误差平面，不规则三角网的视点无关误差可以由式(1)计算，其中的d(Cj)的范围由误差嵌套球确定，对于特定物理点来说，其投影误差和实际视点无关误差成正比而且其距视点越远...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘广州，于启万，许启金，别长报，吴翔，叶辉，廖志斌，吴伟，
申请(专利权)人：国网安徽省电力公司宿州供电公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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