基于数据库的多分辨率地形金字塔模型生成方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于数据库的多分辨率地形金字塔模型生成方法及系统，通过数据获取—模型生成—数据入库这三个步骤，对现有金字塔模型方法进行了大幅度的改进，大大减少数据搜寻定位的时间和I/O次数，使得数据可共享，提高了渲染绘制速度；同时将模型数据按照预设规则存入数据库中，可以降低数据的冗余量，减少数据预处理及存储时间，提高漫游响应速度。

【技术实现步骤摘要】
基于数据库的多分辨率地形金字塔模型生成方法及系统
本专利技术涉及三维GIS领域，尤其涉及一种基于数据库的多分辨率地形金字塔模型生成方法及系统。
技术介绍
三维地形可视化是一项涉及计算机图形学、多媒体学以及地理信息科学这三门学科领域的应用技术，它是对一定区域范围内的地形数据进行多分辨率组织、建模和渲染的过程。目前，大规模三维地形可视化技术在各个领域都被广泛应用。例如，军事模拟作战系统、3D游戏、街景导航、城市规划等。随着计算机图形学、计算机图形硬件技术以及计算机存储硬件水平的不断发展，计算机仿真与可视化技术日益成熟，这也为三维地形可视化技术的深入发展赋予了新的动力。但即使这样，对于数据量多达GB甚至TB数量级的大规模地形数据，无论是在数据的组织存储上，还是在数据的计算调度上，都会给三维地形的实时渲染带来极大的挑战。现有技术中，构建多分辨率地形金字塔模型的方法是以DEM（DigitalElevationModel，数字高程模型）数据为出发点，但其没有考虑计算机渲染设备的能力，且其对于原始数据的宽高尺寸有硬性要求，即宽高尺寸必须为2N×2N，但实际的某地域的原始数据宽高尺寸不可能刚好满足要求。同时，地形数据的存储方式主要是基于文件或文件夹，该方式需要建立很多的文件或文件夹，并且其数据组织结构不紧凑、索引编号繁杂，数据更新缓慢，不支持网络环境下的多用户操作。因而，结合目前三维地形可视化的迅猛发展，立足于我国现状，设计一个可操作的且经济有效的方法，对三维GIS领域的发展意义重大。
技术实现思路
本专利技术正是针对现有技术中大数据高存储对当下三维地形的实时渲染带来的挑战，提供了一种基于数据库的多分辨率地形金字塔模型生成方法及系统，通过数据获取—模型生成—数据入库这三个步骤，对现有金字塔模型方法进行了大幅度的改进，大大减少数据搜寻定位的时间和I/O次数，使得数据可共享，提高了渲染绘制速度；同时将模型数据按照预设规则存入数据库中，可以降低数据的冗余量，减少数据预处理及存储时间，提高漫游响应速度。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：基于数据库的多分辨率地形金字塔模型生成方法，包括如下步骤：S1，获取原始地形数据并进行格式转换，获得DEM数据和DOM数据；S2，根据显存限制利用S1中获取的DEM数据和DOM数据分别生成多分辨率DEM金字塔模型和多分辨率DOM金字塔模型；S3，将所述多分辨率DEM金字塔模型的数据和多分辨率DOM金字塔模型的数据按预设规则存入数据库中。作为本专利技术的一种改进，所述步骤S2包括：S21，读取DEM数据和DOM数据；S22，根据S21中获取的DEM数据和DOM数据确定多分辨率DEM金字塔模型和多分辨率DOM金字塔模型的模型层数；S23，根据所述模型层数和显存限制分别确定所述DEM数据和DOM数据的地形分块大小；S24，对所述DEM数据和DOM数据进行无效数据填充处理；S25,根据S23中地形分块大小分别对S24无效数据填充处理后的DEM数据和DOM数据进行分块；S26,计算出每一DEM分块的粗糙度数值；S27,对分块后的DEM数据和DOM数据采用双线性插值法进行重采样，生成上一层数据；S28,重复步骤S25至S27，直到达到S22中多分辨率DEM金字塔模型和多分辨率DOM金字塔模型的模型层数。作为本专利技术的一种改进，所述步骤S22中，根据如下公式计算出DOM数据中包含的DEM分块个数k：k=max(RasterXSize，RasterYSize)/(max(col，row)-1);其中，max(RasterXSize，RasterYSize)为DOM数据宽度和高度两者中的较大值，max(col，row)为DEM数据中行和列两者中的较大值；根据如下公式计算多分辨率DEM金字塔模型和多分辨率DOM金字塔模型的模型层数n：k×2n∈[512，1024]，计算出最小正整数n。作为本专利技术的另一种改进，所述步骤S23中，根据如下公式计算DEM分块大小：(2n+1)×(2n+1)；根据显存支持的最佳单张影像大小，利用如下公式计算DOM分块大小：max(RasterXSize，RasterYSize)/(max(col，row)-1)×2n其中，max(RasterXSize，RasterYSize)为DOM数据宽度和高度两者中的较大值，max(col，row)为DEM数据中行和列两者中的较大值，n为多分辨率DEM金字塔模型和多分辨率DOM金字塔模型的模型层数。作为本专利技术的另一种改进，所述步骤S24包括：以原始地形数据左上角为原点，对所述原始地形数据进行无效数据填充处理，使得DEM数据的行和列均为2N+1，DOM数据的宽和高均为2N，其中，N为能使填充后的数据刚好包围所述原始地形数据的最小正整数。作为本专利技术的又一种改进，所述步骤S26中，提前计算出地形粗糙度数值并存入数据库中，每一DEM分块的粗糙度数值根据如下公式计算：其中，d为DEM分块的边长，e1~e6为地形块节点的6个顶点误差值，e7~e10为地形块节点的4个子节点误差值。作为本专利技术的又一种改进，所述步骤S27中对进行无效数据填充处理且分块后的原始地形数据再进行每2×2个数据块的重采样，若每2×2个数据块中既包括原始地形数据，又包括无效填充数据，则将所述无效填充数据改为数值0，再进行重采样计算；若每2×2个数据块中只包括无效填充数据，则不进行重采样计算。作为本专利技术的更进一步改进，所述步骤S3包括：S31,根据地形分块的坐标及其在金字塔模型中的层数，计算出多分辨率DEM金字塔模型中每一DEM分块的索引编号和多分辨率DOM金字塔模型中每一DOM分块的索引编号，将所述索引编号作为主键索引；S32,在数据库中创建一个项目，并在项目中建立多分辨率DEM金字塔模型数据表和多分辨率DOM金字塔模型数据表；S33,将所述多分辨率DEM金字塔模型的数据和多分辨率DOM金字塔模型的数据以二进制BLOB的形式分别存入多分辨率DEM金字塔模型数据表和多分辨率DOM金字塔模型数据表。作为本专利技术的更进一步改进，所述步骤S33中，将每一DEM分块的边界数据在多分辨率DEM金字塔模型数据表中重复存储，在所述多分辨率DOM金字塔模型数据表中增加一行记录，用于存储DOM数据的原始尺寸信息及分块大小信息。为了实现上述目的，本专利技术还采用了一种技术方案是：基于数据库的多分辨率地形金字塔模型生成系统，包括：数据获取模块：获取原始地形数据并进行格式转换，获得DEM数据和DOM数据；模型生成模块：根据显存限制，利用数据获取模块中获得的DEM数据和DOM数据分别生成多分辨率DEM金字塔模型和多分辨率DOM金字塔模型；数据入库模块：将多分辨率DEM金字塔模型的数据和多分辨率DOM金字塔模型的数据按预设规则存入数据库中。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术摒弃了传统的文件存储方式，采用了数据库的存储方式，可以大大减少数据搜寻定位的时间和I/O次数，并使得数据可共享；模型的建立考虑显存的显示性能，可以充分利用计算机硬件的性能，提高渲染绘制速度；将模型数据按照预设规则存入数据库中，可以降低数据的冗余量，减少数据预处理及存储时间，提高漫游响应速度。附图说明图1为本专利技术实施例提供的基于数据库的多分辨率地形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于数据库的多分辨率地形金字塔模型生成方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，获取原始地形数据并进行格式转换，获得DEM数据和DOM数据；S2，根据显存限制利用S1中获取的DEM数据和DOM数据分别生成多分辨率DEM金字塔模型和多分辨率DOM金字塔模型；S3，将所述多分辨率DEM金字塔模型的数据和多分辨率DOM金字塔模型的数据按预设规则存入数据库中。

【技术特征摘要】
1.基于数据库的多分辨率地形金字塔模型生成方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，获取原始地形数据并进行格式转换，获得DEM数据和DOM数据；S2，根据显存限制利用S1中获取的DEM数据和DOM数据分别生成多分辨率DEM金字塔模型和多分辨率DOM金字塔模型；S3，将所述多分辨率DEM金字塔模型的数据和多分辨率DOM金字塔模型的数据按预设规则存入数据库中。2.根据权利要求1所述的基于数据库的多分辨率地形金字塔模型生成方法，其特征在于，所述步骤S2包括：S21，读取DEM数据和DOM数据；S22，根据S21中获取的DEM数据和DOM数据确定多分辨率DEM金字塔模型和多分辨率DOM金字塔模型的模型层数；S23，根据所述模型层数和显存限制分别确定所述DEM数据和DOM数据的地形分块大小；S24，对所述DEM数据和DOM数据进行无效数据填充处理；S25,根据S23中地形分块大小分别对S24无效数据填充处理后的DEM数据和DOM数据进行分块；S26,计算出每一DEM分块的粗糙度数值；S27,对分块后的DEM数据和DOM数据采用双线性插值法进行重采样，生成上一层数据；S28,重复步骤S25至S27，直到达到S22中多分辨率DEM金字塔模型和多分辨率DOM金字塔模型的模型层数。3.根据权利要求2所述的基于数据库的多分辨率地形金字塔模型生成方法，其特征在于，所述步骤S22中，根据如下公式计算出DOM数据中包含的DEM分块个数k：k=max(RasterXSize，RasterYSize)/(max(col，row)-1);其中，max(RasterXSize，RasterYSize)为DOM数据宽度和高度两者中的较大值，max(col，row)为DEM数据中行和列两者中的较大值；根据如下公式计算多分辨率DEM金字塔模型和多分辨率DOM金字塔模型的模型层数n：k×2n∈[512，1024]，计算出最小正整数n。4.根据权利要求2所述的基于数据库的多分辨率地形金字塔模型生成方法，其特征在于，所述步骤S23中，根据如下公式计算DEM分块大小：(2n+1)×(2n+1)；根据显存支持的最佳单张影像大小，利用如下公式计算DOM分块大小：max(RasterXSize，RasterYSize)/(max(col，row)-1)×2n其中，max(RasterXSize，RasterYSize)为DOM数据宽度和高度两者中的较大值，max(col，row)为DEM数据中行和列两者中的较大值，n为多分辨率DEM金字塔模型和多分辨率DOM金字塔模型的模型层数...

【专利技术属性】
技术研发人员：王慧青，田珊珊，杨燕，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32