一种基于投影的规则网格地形可视域计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于投影的规则网格地形可视域计算方法，包括以下骤：（1）对地形网格进行方形环及扇区划分；（2）投影初始环各网格点至垂直投影面以计算出初始天际线，并设置第二环为当前环；（3）根据上一条天际线来判断当前环各网格点的可见性；（4）根据当前环各网格点的投影高程更新上一条天际线；（5）视更新后的天际线为当前环所对应的天际线，用于后续环网格点的可见性判断，重复步骤（2）至步骤（4）直至所有环均被处理为止。上述方法在任一环内各网格点的遮挡信息均体现在最新的天际线上，基于该天际线的可视性判断如实反映了目标点与视点间的视线遮挡情况，与现有近似计算方法或精确计算方法相比，结果更加可靠、时间效率更高。

A projection based terrain visualization method for regular grid

The invention discloses a calculation method of the regular grid terrain Viewsheds based on projection, which comprises the following steps: (1) of square ring and sector division of terrain grid; (2) the initial projection of each grid point to ring the vertical projection surface to calculate the initial skyline, and set the second ring (3 for the current;) to determine the current visibility ring grid point according to the skyline a; (4) according to the projection elevation current ring grid point update a skyline; (5) as the updated skyline is corresponding to the current loop skyline for subsequent ring grid point visibility judgment, repeat step (2) to step (4) until all the rings are processed so far. The shielding information of these methods in any ring within the grid points are reflected in the new skyline, the skyline visibility judgment based on reflect the target point and inter view sight occlusion, compared with the existing approximate calculation method or the accurate calculation method, the results are more reliable and more time efficient.

【技术实现步骤摘要】
一种基于投影的规则网格地形可视域计算方法
本专利技术专利涉及可视域分析
，具体涉及一种基于投影的规则网格地形可视域计算方法。
技术介绍
可视域为某一特定观测点对周围地物所能看见的范围，在设施选址、景观路线规划及安防监控等实际问题中具有重要应用价值。实际问题解决中，常将周围地物抽象为一个统一的表面（如地形表面或城市地表），而这个抽象表面又常用规则网格来表示。为此，可视域计算通常为寻找相对于某一视点（即观测点）所有的可见网格点。吕品等人在其专著《地形可视性分析与应用》中归纳总结了部分常见地形可视域的计算方法，可分为以下几类：（1）无复用逐点计算法：典型代表为R3算法。基本原理为从视点位置出发向观测范围内的每个网格点引一条光线（称为视线）；如果当前视线被其它网格点遮挡，则当前网格点不可见；否则为可见。是否遮挡则需根据可视高程及斜率进一步比较判断。该方法的优点是精度非常高，被认为是一种精确计算方法；缺点是算法效率非常低下，对于n×n的地形网格其时间复杂度高达O(n3)。（2）复用向内最近点法：典型代表为R2算法。基本原理为只精确计算视野边界点的可见性，对于边界范围内部的点则采用边界点视线与网格线交叉点来逼近。该方法的优点是算法效率较高，对于n×n的地形网格其时间复杂度为O(n2)，缺点是准确性较差，存在一些错误计算的点，是一种近似方法。（3）复用外向逐点计算法：典型代表为xDraw算法及参考面算法。基本原理为以视点为中心，将视野范围划分为多个同心方形环，然后自里向外记录各环上每点的最低可视高程；外环某一点的可见性由内环邻近两点的最低可视高程来决定。该方法与复用向内最近点法类似，算法效率较高，对于n×n的地形网格其时间复杂度为O(n2)，但准确性较差，是一种近似方法。上述优化方法均以精度损失为代价来提高可视域计算的时间效率。在许多实际应用中，可视域计算的准确性也是一个重要的衡量因素。因此，现有的可视域的计算方法有待进一步改进，使得既能保持可视域计算的准确性也能大幅提高可视域计算的时间效率。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种基于投影的规则网格地形可视域计算方法，是一种精确计算方法，任一环内各网格点的遮挡信息均体现在最新的天际线上，基于该天际线的可视性判断如实反映了目标点与视点间的视线遮挡情况；在当前天际线的更新建立在上一条天际线计算结果的基础上，无需再次遍历各网格点，不论是与现有近似计算方法或精确计算方法相比，其结果更加可靠或、时间效率更高。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于投影的规则网格地形可视域计算方法，其特征在于，包括以下骤：（1）对地形网格进行方形环及扇区划分；（2）建立垂直投影面，投影初始环各网格点至垂直投影面以计算出初始天际线，并设置第二环为当前环；（3）根据上一条天际线来判断当前环各网格点的可见性；（4）根据当前环各网格点的投影高程更新上一条天际线；（5）视更新后的天际线为当前环所对应的天际线，用于后续环网格点的可见性判断，重复步骤（2）至步骤（4）直至所有环均被处理为止。所述步骤（1）的具体步骤为：先对地形网格以视点V为中心划分成4个方形环，并自里向外依次编号为1~4；然后，用最外环的对角线将所有环划分成A、B、C、D共4个扇形区域。所述步骤（2）的具体步骤为：在最外环的边上各竖起一个垂直投影面，使得每个扇形区域均对应一个垂直投影面；使第1个环的8个网格点分别投影至4个垂直投影面上，然后将4个垂直投影面上的投影点依次相连，得出初始天际线，最后根据三角形相似原理，得出初始天际线各顶点的横坐标及投影高程。所述步骤（3）的具体步骤为：根据相似三角形原理，计算当前环各网格点的投影坐标；用平衡二叉树存储天际线各顶点的信息，其中，叶节点存储天际线各顶点的横坐标值及投影高程值，非叶节点存储下属子节点的横坐标值的区间范围；若当前网格点的投影位于上一条天际线的顶部，则输出当前网格点为可见点；若当前网格点的投影位于上一条天际线的底部，则输出当前网格点为不可见点。所述步骤（4）的具体步骤为：若当前网格点的投影的横坐标与上一条天际线某一顶点的横坐标相同，则用当前网格点的投影高程替换上一条天际线相应顶点的投影高程值；若当前网格点的投影位于上一条天际线的顶部，且其横坐标不与上一条天际线各顶点的横坐标相同，则将当前网格点的投影作为一个新的顶点插入至上一条天际线中；若当前环各网格点的投影的连线与上一条天际线存在交点，且交点的横坐标不与上一条天际线各顶点的横坐标相同，则将交点作为一个新的顶点插入至上一条天际线中；若上一条天际线的某一顶点位于当前环各网格点投影的连线的底部，且其横坐标不与当前环各网格点投影的横坐标相同，则将该顶点从上一条天际线中删除。本专利技术的有益效果是：（1）任一环内各网格点的遮挡信息均体现在最新的天际线上，基于该天际线的可视性判断如实反映了目标点与视点间的视线遮挡情况，与现有近似计算方法相比，结果更加可靠，是一种精确计算方法。(2)当前天际线的更新建立在上一条天际线计算结果的基础上，无需再次遍历各网格点。前期计算结果的复用大大提高了可视域计算的时间效率，与现有精确计算方法相比，时间效率更高，对于n×n的地形网格其时间复杂度减少到了O(n2logn)。附图说明附图1为本专利技术提的可视域计算流程图；附图2为本专利技术地形网格进行方形环和扇区划分的示意图；附图3为本专利技术垂直投影面设置及初始天际线生成的示意图；附图4为本专利技术天际线存储方式的示意图；附图5为本专利技术各网格点可视性判断的示意图；附图6为本专利技术天际线更新的示意图。图中：叉点为上一条天际线的各顶点；三角形点为当前环各点投影；圆点为上一条天际线与当前环各点投影的连线的交点。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。如图1至图6所示的一种基于投影的规则网格地形可视域计算方法，具体实施步骤如下：第一步（参照附图2），先对地形网格以视点V为中心划分成4个方形环，并自里向外依次编号为1～4；然后，用最外环的对角线将所有环划分成A、B、C、D共4个扇形区域；最后，在最外环的边上各竖起一个垂直投影面，使得每个扇形区域均对应一个垂直投影面。第二步（参照附图3），先对第1个环的8个网格点分别投影至4个垂直投影面上，然后将4个垂直投影面上的投影点依次相连，得出初始天际线，最后根据三角形相似原理，得出天际线各顶点的横坐标及投影高程。第三步（参照附图4），将附图3的4个垂直投影面依次展开，先建立一个平面坐标系，横轴为x轴，用于表示投影点在周长方向上的位置，纵轴为h轴，用于表示投影点的投影高程；然后，用一棵平衡二叉树存储初始天际线的各个顶点，其中，叶节点存储天际线各顶点的(x,h)坐标，非叶节点存储下属子节点的x坐标范围。最后，设置第2环为当前环，以便后续循环计算各环的可见点。第四步（参照附图5），先计算当前环的各顶点投影的横坐标与投影高程，然后再判断当前环的各顶点的投影与上一条天际线的位置关系。若当前顶点位于上一条天际线的顶部，则输出当前顶点为可见点；否则，输出当前顶点为不可见点。第五步（参照附图6），利用当前环各网格点的投影对上一条天际线进行更新操作，具体如下：若当前网格点的投影的x坐标与上一条天际线的某个顶点的横坐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于投影的规则网格地形可视域计算方法，其特征在于，包括以下骤：（1）对地形网格进行方形环及扇区划分；（2）建立垂直投影面，投影初始环各网格点至垂直投影面以计算出初始天际线，并设置第二环为当前环；（3）根据上一条天际线来判断当前环各网格点的可见性；（4）根据当前环各网格点的投影高程更新上一条天际线；（5）视更新后的天际线为当前环所对应的天际线，用于后续环网格点的可见性判断，重复步骤（2）至步骤（4）直至所有环均被处理为止。

【技术特征摘要】
1.一种基于投影的规则网格地形可视域计算方法，其特征在于，包括以下骤：（1）对地形网格进行方形环及扇区划分；（2）建立垂直投影面，投影初始环各网格点至垂直投影面以计算出初始天际线，并设置第二环为当前环；（3）根据上一条天际线来判断当前环各网格点的可见性；（4）根据当前环各网格点的投影高程更新上一条天际线；（5）视更新后的天际线为当前环所对应的天际线，用于后续环网格点的可见性判断，重复步骤（2）至步骤（4）直至所有环均被处理为止。2.根据权利要求1所述的基于投影的规则网格地形可视化视域计算方法，其特征在于，所述步骤（3）的具体步骤为：根据相似三角形原理，计算当前环各网格点的投影坐标；用平衡二叉树存储天际线各顶点的信息，其中，叶节点存储天际线各顶点的横坐标值及投影高程值，非叶节点存储下属子节点的横坐标值的区间范围；若当前网格点的投影位于上一条天际线的顶部，则输出当前网格点为可见点；若当前网格点的投影位于上一条天际线的底部，则输出当前网格点为不可见点。3.根据权利要求1所述的基于投影的规则网格地形可视化视域计算方法，其特征在于，所述步骤（1）的具体步骤为：先对地形网格以视点V为中心划分成4个方形环，并自里向外依次编号为1～4；然后，用最外环的对角...

【专利技术属性】
技术研发人员：余接情，吴立新，张绍良，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32