一种基于空间掩码确定视线投影与空间要素交点的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于空间掩码确定视线投影与空间要素交点的方法，属于空间数据组织方法。本发明专利技术首先对区域进行网格化处理，继而得到区域内空间要素和视线投影的空间掩码；然后通过对视线投影和空间要素的位与运算，判断二者是否可能存在相交；最后，判定视线投影和空间要素是否存在交点并通过多边形求交算法确定交点位置。本发明专利技术采用空间掩码的方式对区域内空间要素进行组织管理，极大地降低了数据存储量，且通过位与运算快速筛选出可能影响通视和机动的空间要素，省去了大量的矢量求交运算，提高了计算效率。并通过实验进一步验证了本发明专利技术的计算效率。本发明专利技术的计算效率。本发明专利技术的计算效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于空间掩码确定视线投影与空间要素交点的方法


[0001]本专利技术涉及一种基于空间掩码确定视线投影与空间要素交点的方法，属于空间数据组织


技术介绍

[0002]矢量数据作为环境数据的重要来源，其组织方式直接影响通视判断和越野路径的执行效率。有效的通视判断可提供最优路径的选择，而越野路径的合理规划能为实地环境分析、野外应急救援、野外数据采集等多方面提供便利。
[0003]如图1所示，高精度的通视分析不仅要考虑地形起伏的影响，还需要考虑地表附着物的影响，其关键点在于需通过矢量求交来确定交点位置，而如何避免大量的求交运算，实现较少地占用计算机资源是提高通视分析效率的关键。
[0004]现今，越野路径规划的算法有很多，其主要思想是通过矢量求交避开障碍要素。如图2所示，Tuft在《Accelerating Route Planning and Collision Detection for Computer Generated Forces Using GPUs》中提出的A*算法，该算法在确定a点的下一个节点时，需要将ab、ac、ad与障碍要素进行求交，以此判断相互之间是否通行以及所用的时间，然后根据最短时间确定节点位置，除去A*算法自身的效率之外，大量的矢量求交严重影响了越野路径规划的效率。
[0005]综上所述，制约通视分析和越野路径规划执行效率的主要因素是视线投影(路径节点连线)与空间要素的求交效率，而解决该问题的关键是快速筛选出可能影响通视和机动的空间要素，以此减少参与求交的要素数量，提高计算效率。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于空间掩码确定视线投影与空间要素交点的方法，以解决目前视线投影与空间要素交点确定过程中存在的效率低的问题。
[0007]本专利技术为解决上述技术问题而提供一种基于空间掩码确定视线投影与空间要素交点的方法，该方法包括以下步骤：
[0008]1)获取目标区域，对目标区域进行网格化处理；
[0009]2)记录目标区域中空间要素所经过的网格，按照设定顺序对经过的网格进行编码，得到空间要素的空间掩码；
[0010]3)确定目标区域中视线投影经过的网格，并以此确定视线投影的空间掩码；
[0011]4)通过空间要素的空间掩码与视线投影的空间掩码的与运算判断视线投影与空间要素是否可能存在相交；
[0012]5)当视线投影与空间要素可能存在相交时，确定视线投影与空间要素相交的网格，以此确定是否存在交点以及交点的位置。
[0013]本专利技术通过对目标区域进行网格化处理，在网格化的基础上确定目标区域中空间要素的空间掩码和视线投影的空间掩码，通过两个空间掩码的位与运算，能够快速判断出
目标区域中空间要素和视线投影是否存在相交，并基于相交的网格能够准确确定出空间要素和视线投影是否存在交点以及交点的位置。本专利技术利用空间掩码能够快速、准确确定出视线投影与空间要素相交情况，能够快速筛选出可能影响通视和机动的空间要素。
[0014]进一步地，为了准确实现对空间要素的编码，所述的步骤2)在确定空间要素的空间掩码时，将空间要素经过的网格属性赋为1，未经过的网格属性赋为0，按照从左至右，从下到上的顺序将网格的属性组成一串二进制编码数据。
[0015]进一步地，为了节省存储空间，所述的空间要素的空间掩码为所述二进制编码数据的长整型类型数值。
[0016]进一步地，为快速确定出视线投影经过的网格，所述步骤3)是采用全路径栅格法确定视线投影经过的网格。
[0017]进一步地，为提高空间掩码生成效率，在确定视线投影的空间掩码时，将空间掩码生成过程中涉及到的2的指数运算定义成一个设定大小的矩阵，将该矩阵与视线投影经过的网格的编码矩阵进行相乘。
[0018]进一步地，视线投影的空间掩码采用的计算公式为：
[0019][0020]其中P为视线投影的空间掩码，M为H
×
H的矩阵，矩阵中的元素为m
ij
，每个元素都是2的指数，矩阵中指数的按照从左到右，从上到下的顺序依次增大，最小为20，最大为2
H
×
H
‑1；N为视线投影经过的网格的编码矩阵，n
ij
为N中的元素。
[0021]进一步地，所述步骤4)在进行判断时，若空间要素的空间掩码与视线投影的空间掩码的位与运算为1，则说明该空间要素与视线投影可能存在相交；若为0，则说明该空间要素与视线投影肯定不相交。
[0022]进一步地，所述步骤5)在进行交点确定时，将相交网格的空间要素当作多边形，相交网格中的视线投影当作线段，采用线段与多边形求交算法确定视线投影与空间要素交点。
[0023]进一步地，在采用线段与多边形求交算法确定视线投影与空间要素交点时，采用线段与线段的求交方法确定多边形各边与视线投影线段的交点，即先通过判断两条线段所在的外接矩形是否重叠，再采用计算几何中的线段相交算法确定交点位置。
附图说明
[0024]图1是通视分析原理图；
[0025]图2是越野路径规划原理图；
[0026]图3是空间掩码原理图；
[0027]图4是基于空间掩码的透视原理分析图；
[0028]图5(a)是居民地分布密集区域图；
[0029]图5(b)是居民地分布稀疏区域图。
具体实施方式
[0030]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步地说明。
[0031]本专利技术首先通过区域网格化确定区域内空间要素的空间掩码及视线投影的空间掩码，随后对空间要素与视线投影的空间掩码进行位与运算判断二者是否存在相交，在此基础上，确定视线投影与空间要素交点位置，直到遍历区域内所有空间要素停止计算，具体实现步骤如下。
[0032]步骤1.区域内空间要素及视线投影空间掩码的确定
[0033]高效的数据组织管理是提高通视分析和越野路径规划执行效率的基础。本专利技术提出一种基于空间掩码的矢量数据组织管理，与常用的栅格编码相比，空间掩码没有直接记录网格的行列号，而是通过属性值在二进制中的位置来间接地描述网格所处的位置，极大地降低了数据存储量；其次空间掩码只描述了网格的两种状态，掩码的任何操作都可以转换为相应的位运算，这对于提高计算效率具有重要意义。
[0034]首先对整个区域进行网格化处理，确定区域内空间要素的空间掩码。如图3所示，对区域进行网格划分，可根据实际需求自定义网格大小，记录空间要素经过的网格，如果要素经过该网格，将该网格属性赋为1，如果要素不经过该网格，将该网格属性赋为0；然后按照从左至右，从下到上的顺序将网格的属性组成一串二进制，最后以一个长整型类型数值作为空间掩码记录在空间要素里。
[0035]其次采用全路径栅格法完整记录视线投影经过的网格，确定视线投影的空间掩码。为了提高视线投影网格化后空间掩码的生成效率，在本专利技术中事先定义一个8
×
8的矩阵M，将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空间掩码确定视线投影与空间要素交点的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)获取目标区域，对目标区域进行网格化处理；2)记录目标区域中空间要素所经过的网格，按照设定顺序对经过的网格进行编码，得到空间要素的空间掩码；3)确定目标区域中视线投影经过的网格，并以此确定视线投影的空间掩码；4)通过空间要素的空间掩码与视线投影的空间掩码的位与运算判断视线投影与空间要素是否可能存在相交；5)当视线投影与空间要素可能存在相交时，确定视线投影与空间要素相交的网格，以此确定是否存在交点以及交点的位置。2.根据权利要求1所述的基于空间掩码确定视线投影与空间要素交点的方法，其特征在于，所述的步骤2)在确定空间要素的空间掩码时，将空间要素经过的网格属性赋为1，未经过的网格属性赋为0，按照从左至右，从下到上的顺序将网格的属性组成一串二进制编码数据。3.根据权利要求2所述的基于空间掩码确定视线投影与空间要素交点的方法，其特征在于，所述的空间要素的空间掩码为所述二进制编码数据的长整型类型数值。4.根据权利要求1所述的基于空间掩码确定视线投影与空间要素交点的方法，其特征在于，所述步骤3)是采用全路径栅格法确定视线投影经过的网格。5.根据权利要求4所述的基于空间掩码确定视线投影与空间要素交点的方法，其特征在于，在确定视线投影的空间掩码时，将空间掩码生成过程中涉及到的2的指数运算定义成一个设定大小的矩阵，将该矩阵与视线投影经过的网格的编码矩阵进行相乘。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：李坤伟，李鸿飞，赵彦庆，程芳，毕于慧，李培军，张权，姚萍，董少林，
申请(专利权)人：李坤伟，
类型：发明
国别省市：