基于体数据六边界面几何构型的体纹理镀膜插值方法技术

本申请提出基于体数据六边界面几何构型的体纹理镀膜插值方法，包括：根据体数据的经度、纬度及高度地理范围，判别体数据的几何构型类型；将双边界面球型及四边界面环型统一重构为一个新的虚拟六边界面几何构型，构建出与体数据对应的立方体体纹理；根据构建出的所述立方体体纹理，构造出镀膜体纹理，替换立方体体纹理；对所述体数据与立方体体纹理的坐标变换，修正为体数据与镀膜体纹理的坐标变换；基于所述的镀膜体纹理及修正后的坐标变换，进行光线采样，输出渲染后的二维图像。本申请通过对数字地球上体数据的破环分割，以及边界面上的三线性插值有效化增强处理，较好地减轻了体绘制中的边界面显示模糊等问题。绘制中的边界面显示模糊等问题。绘制中的边界面显示模糊等问题。

【技术实现步骤摘要】
基于体数据六边界面几何构型的体纹理镀膜插值方法


[0001]本申请涉及可视化
，尤其涉及基于体数据六边界面几何构型的体纹理镀膜插值方法。

技术介绍

[0002]战场环境中涉及异构、多源、海量的数据，如温度场、气压场、电磁场等。可视化技术是透视数据、发现其变化趋势的重要途径，其中，体绘制是应用广泛的三维可视化算法之一。在数字地球上进行体绘制时，通常将体数据构建成一个弯曲且拟合椭球表面形状的椭球空间立体数据网格，该网格按照边界面数可划分为三种几何构型：双边界面球型、四边界面环型、六边界面块型。在体绘制的边界面上常有显示模糊的现象，而且，当体数据的地理范围为全球（双边界面球型）或绕地球成环状（四边界面环型）时，为构建笛卡尔直角坐标下的体纹理（六边界面块型），需要对体数据进行破环分割并重构为六边界面几何构型，导致在分割处边界面上的光线采样三线性插值操作出现失效。因此，开展对数字地球上体数据的破环分割、边界面上的三线性插值有效化处理、减轻边界面显示模糊等问题的研究，从完善体绘制理论及优化工程应用的角度来看很有必要。

技术实现思路

[0003]本申请提供基于体数据六边界面几何构型的体纹理镀膜插值方法，通过对数字地球上体数据的破环分割，以及边界面上的三线性插值有效化处理，减轻边界面显示模糊等问题。
[0004]本申请还提供基于体数据六边界面几何构型的体纹理镀膜插值方法，包括以下步骤：体数据几何构型分类，根据体数据的经度、纬度及高度地理范围，判别体数据的几何构型类型，所述几何构型类型包括双边界面球型、四边界面球型、六边界面球型；体数据几何重构，如果体数据的几何构型类型是六边界面几何型，则进行体纹理表面镀膜；如果是双边界面球型及四边界面环型，选择体数据椭球包围盒内某一经度的数据网格点列进行破环分割，在分割处形成两个重合的虚拟新边界面，并进行虚拟展开，将双边界面球型及四边界面环型统一重构为一个新的虚拟六边界面几何构型，依据体数据的所述虚拟六边界面几何构型，构建与体数据对应的立方体体纹理；根据构建出的所述立方体体纹理，对所述立方体体纹理六个表面全部镀膜包裹上一层新的数据，构造出镀膜体纹理替换原来的体纹理；对所述体数据与立方体体纹理的坐标变换，修正为体数据与镀膜体纹理的新坐标变换；基于镀膜体纹理以及修正后的坐标变换，对RCA进行光线采样，输出渲染后的二维图像。
[0005]进一步的，所述根据体数据的经度、纬度及高度地理范围，判别体数据的几何构型
类型，具体为：经度差绝对值为2π且纬度差绝对值为π时，判定为双边界面球型；经度差绝对值为2π且纬度差绝对值小于π时，判定为四边界面环型；经度差绝对值小于2π且纬度差绝对值小于π时，判定为六边界面块型。
[0006]进一步的，所述对所述立方体体纹理六个表面全部镀膜包裹上一层新的数据，具体为：当体数据是一般椭球网格块时，对立方体体纹理表面上的各格点值进行复制扩展，包括：（1）格点在某个表面的内部，不在面的边缘上，沿该格点所在边界面的外法向往外复制扩展；（2）格点在两个表面的相交边缘上，沿该格点所在相交边缘处往外复制扩展，其中该格点所在相交边缘处往外与两个相邻表面的外法向的夹角为锐角，并且该格点仍然保持在扩展后的新的两个边缘相交处；（3）格点在三个表面的相交边缘上，沿该格点所在相交边缘处的往外复制扩展，其中该格点所在相交边缘处的往外与三个相邻表面的外法向的夹角为锐角，并且该格点仍然保持在扩展后的新的三个边缘相交处；当体数据是球形或环形的椭球网格时，对体纹理立方体表面上的各格点值进行复制扩展。
[0007]进一步的，还包括：在体数据环形分割边界面的左右两侧，对应的体纹理的两个对立的边界面上，此时进行边界缝合。
[0008]进一步的，所述边界缝合，具体为：第一类是非分割出的实际存在的边界面，使用复制扩展处理；第二类是破环分割出的虚拟的边界面，进行体纹理环形镀膜：首先是将对应的体纹理中的两个对立边界面格点值复制并沿所在边界面的外法向往外扩展，其次是左右替换，最后是对立交换，形成环形镀膜体纹理。
[0009]进一步的，所述体数据与立方体体纹理的坐标变换，具体为：其中，大地坐标(B,L,H)（基于WGS
‑
84坐标系描述）的点在椭球空间中，B为纬度，单位：弧度，数据区间[
‑
π/2, π/2]，L为经度，单位：弧度，数据区间[
‑
π, π],H为高度，单位：米，(s,t,r)为纹理空间中对应点的纹理坐标，V为(B,L,H)处的物理量数值，v为(s,t,r)处的纹理值,纹理值范围[0,1]，Vmax和Vmin为体数据中的椭球体网格中所有网格值中对应的最大值和最小值，Bmin与Bmax是体数据网格或椭球包围盒的纬度最小及最大值，Lmin与Lmax是经度最小及最大值，Hmin与Hmax是高度最小及最大值。体数据网格大小为，其中，b、l、h为对应纬度、经度、高度三个方向的格点数目，则对应的体纹理大小与之相同，也为。
[0010]采样点的计算过程：任给体数据椭球包围盒内（含表面边界）的一个采样点(B,L,H)，使用公式（1），计算对应的纹理坐标(s,t,r)，然后通过纹理查询，在纹理空间中，查询在该纹理坐标下的纹理值v，使用公式（2），计算出在位置处(B,L,H)对应的值V。
[0011]进一步的，所述体数据与镀膜体纹理的坐标变换，具体为：建立新的坐标变换关系，体数据网格大小仍然为，体数据采样的值与体纹理的纹理查询值之间的坐标变换保持不变，根据对应的镀膜体纹理大小已增大为
，修正椭球空间(B,L,H)和纹理空间(s,t,r)之间的坐标变换，建立新的映射公式：公式（3）其中，Bmin与Bmax是体数据网格或椭球包围盒的纬度最小及最大值，Lmin与Lmax是经度最小及最大值，Hmin与Hmax是高度最小及最大值；b、l、h为对应纬度、经度、高度三个方向的格点数目，s、t、r为纹理坐标参数。
[0012]进一步的，所述对所述镀膜体纹理进行光线采样时，使用三线性插值计算采样点值。
[0013]进一步的，还包括具体基于传递函数，将所述采样点值转换为颜色值，将所述颜色值累加以二维图像输出。
[0014]本申请采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：（1）提出了一种数字地球上光线投射算法（ERCA）中体数据边界面三线性插值失效问题及处理的整体方案，解决了ERCA中各类边界面显示模糊的问题。
[0015]（2）提出了块状及环形镀膜体纹理的新概念，给出了体纹理的镀膜处理基本实现，修正了椭球三线性插值与镀膜体纹理之间的坐标变换，通过镀膜处理技术，解决了体纹理中边界面的三线性插值失效问题，特别是，采用了边界缝合技术，通过微观上体纹理的镀膜处理及边界缝合，给出了数字地球上存在的体绘制中双边界面球型及四边界面环型体数据分界处的体纹理插值的解决方法。
[0016]（3）提出了体数据的几何构型分类及破环分割的新设计理念，针对体数据的多种边界面几何构型，通过破环分割技术，重构成统一虚拟的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于体数据六边界面几何构型的体纹理镀膜插值方法，其特征在于，包括以下步骤：体数据几何构型分类，根据体数据的经度、纬度及高度地理范围，判别体数据的几何构型类型，所述几何构型类型包括双边界面球型、四边界面球型、六边界面球型；体数据几何重构，如果体数据的几何构型类型是六边界面几何型，则进行体纹理表面镀膜；如果是双边界面球型及四边界面环型，选择体数据椭球包围盒内某一经度的数据网格点列进行破环分割，在分割处形成两个重合的虚拟新边界面，并进行虚拟展开，将双边界面球型及四边界面环型统一重构为一个新的虚拟六边界面几何构型，依据体数据的所述虚拟六边界面几何构型，构建与体数据对应的立方体体纹理；根据构建出的所述立方体体纹理，对所述立方体体纹理六个表面全部镀膜包裹上一层新的数据，构造出镀膜体纹理替换原来的立方体体纹理；对原来的体数据与立方体体纹理的坐标变换，修正为体数据与现在的镀膜体纹理的坐标变换；基于镀膜体纹理以及修正后的坐标变换，进行光线采样，输出渲染后的二维图像。2.根据权利要求1所述的基于体数据六边界面几何构型的体纹理镀膜插值方法，其特征在于，所述根据体数据的经度、纬度及高度地理范围，判别体数据的几何构型类型，具体为：经度差绝对值为2π且纬度差绝对值为π时，判定为双边界面球型；经度差绝对值为2π且纬度差绝对值小于π时，判定为四边界面环型；经度差绝对值小于2π且纬度差绝对值小于π时，判定为六边界面块型。3.根据权利要求1所述的基于体数据六边界面几何构型的体纹理镀膜插值方法，其特征在于，所述对所述立方体体纹理六个表面全部镀膜包裹上一层新的数据，具体为：当体数据是一般椭球网格块时，对立方体体纹理表面上的各格点值进行复制扩展，包括：（1）格点在某个表面的内部，不在面的边缘上，沿该格点所在边界面的外法向往外复制扩展；（2）格点在两个表面的相交边缘上，沿该格点所在相交边缘处往外复制扩展，其中该格点所在相交边缘处往外与两个相邻表面的外法向的夹角为锐角，并且该格点仍然保持在扩展后的新的两个边缘相交处；（3）格点在三个表面的相交边缘上，沿该格点所在相交边缘处的往外复制扩展，其中该格点所在相交边缘处的往外与三个相邻表面的外法向的夹角为锐角，并且该格点仍然保持在扩展后的新的三个边缘相交处；当体数据是球形或环形的椭球网格时，对体纹理立方体表面上的各格点值进行复制扩展。4.根据权利要求3所述的基于体数据六边界面几何构型的体纹理镀膜插值方法，其特征在于，还包括：在体数据环形分割边界面的左右两侧，对应的体纹理的两个对立的边界面上，此时进行边界缝合。5.根据权利要求4所述的基于体数据六边界面几何构型的体纹理镀膜插值方法，其特征在于，所述边界缝合，具体为：第一类是非分割出的实际存在的边界面，使用复制扩展处理；第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：王家润，杨帆，任菲，赵静，徐健，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十五研究所，
类型：发明
国别省市：