一种基于级联的在三维地形表面无缝叠加二维矢量的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于级联的在三维地形表面无缝叠加二维矢量的方法，包括：(1)选择对视域四棱锥进行剖分的分割策略；(2)对视域四棱锥进行级联剖分；(3)分配矢量信息至子视域四棱锥上；(4)完成矢量信息的缩小范围逼近，并绘制矢量纹理；(5)将矢量纹理无缝叠加到三维地形上。本发明专利技术通过对视域四棱锥进行级联剖分，并对矢量信息进行基于包围框的缩小范围逼近，大大提高了矢量纹理的像素利用率，在很大程度上抑制走样问题的发生，且绘制效果显著增强，能在大型场景漫游系统和三维地理信息系统中得到很好的应用。

A method of seamless stacking of two-dimensional vectors on a 3D terrain surface based on cascade

The invention discloses a method in 3D terrain surface seamless overlay cascade based on two-dimensional vector includes: (1) choose the mesh segmentation strategy of the horizon four pyramid; (2) to view four pyramid cascade section; (3) the distribution of vector information to sub four edges (cone; 4) to narrow the scope of approximation vector information, and draw the vector texture; (5) will be added to the seamless texture vector on 3D terrain. The horizon four pyramid cascade subdivision, and the vector information of narrow range approximation based on bounding box, greatly improving the utilization rate of the pixel vector texture, inhibit the occurrence of aliasing problems to a great extent, and the rendering effect was significantly enhanced and can get a good application in large-scale and 3D scene roaming system geographic information system.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机图形学与三维地理信息系统应用
，具体涉及一种基于 级联的在三维地形表面无缝叠加二维矢量的方法。
技术介绍
在三维地理信息系统应用中，二维矢量数据仍是一种必不可少的表达方式，二维 矢量数据包括点、线、面(多边形)等，用于表达地物信息，如道路、湖泊、河流、地名等。当 前越来越美观逼真的多种分辨率多时相遥感影像数据和全球数字高程模型数据在网络环 境下广泛可得，二维矢量地图、遥感影像和三维地形表面模型的混合应用已成为普通百姓 习以为常的基本导航定位方式，同时在各种地理信息系统分析功能中，二维矢量数据的可 视化应用也非常普遍。因此，如何在不断高低起伏的多层次细节的三维地形上叠加二维矢 量数据，保证其高质量的实时可视化效果，是三维地理信息系统应用
普遍关注的 问题。当前在三维地形表面叠加二维矢量数据的可视化绘制方法，主要可分两大类为基于 几何的叠加绘制方法和基于纹理的叠加绘制方法。基于几何的叠加绘制方法将二维矢量数据模型附着在三维地形表面，主要需要 解决二维矢量与三维地形的几何匹配问题，如果矢量与地形不匹配，则可能出现矢量悬浮 在空中或穿刺入地表等错误情况，因此必须根据相应地形几何模型，在矢量数据中动态地 引入或者删除新的顶点或线段，从而生成与地形几何表面相匹配的数据模型，Xiaoping Rui 与 Yanmin Zhang 在标题为 Overlaying Vector Data on 3D Terrain (Proc. IEEE IGARSS 2004，Alaska，2004，4560-4563)的文章中公开了这类方法。这类方法实现 较为复杂，且需要不断细节调整，在大规模数据量情况下计算量过大。Martin Schneider 与 Reinhard Lein 在标题为 Efficient and Accurate Rendering of Vector Data on Virtual Landscapes (Journal of WSCG，2007，59-65)的文章中提出了一种基于模版阴 影体的矢量数据叠加绘制方法，该方法需要先将矢量数据扩充成多面体，在地形绘制完成 后，将该多面体第一遍绘制到Mencil Buffer (模版缓存区)形成一层掩模，再次绘制该多 面体时即可完成矢量绘制，不同颜色的矢量需要分开依次绘制，这一方法效果较好但是过 程相当复杂且成本代价大。基于纹理的叠加绘制方法首先通过一个光栅化的过程，将矢量数据转化为标准纹 理，然后在绘制地形的图形流水线过程中，将该矢量纹理映射到三维地形顶点上，从而实现 矢量数据在地形表面的无缝叠加。基于纹理的叠加绘制方法不需要调整矢量几何，过程 简单，其主要问题在于有限的纹理分辨率带来的绘制走样问题。近年来的最新研究中有 相关如何有效调整矢量纹理像素，避免绘制走样问题的学术报告，如khneider M、Guthe M 禾口 Klein R 在标题为 Real-time Rendering of Complex Vector Data on 3D Terrain Model(The International Conference on Virtual Systems and Multimedia, Bonn, 2005，1-10)的文章中公开了使用类似透视阴影的方法来分析走样原因，经过重参数化调整 绘制矢量数据的视域四棱锥，能提高矢量纹理的有效像素利用率。但这类方法反走样的效果仍然不够理想，线性矢量和文字矢量依然会存在锯齿和模糊等问题，同时，中文的复杂性 远高于英文字母，同等走样程度下中文比英文更难以辨认，在绘制中文文字矢量时保证理 想的反走样效果显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术提供了，有效地 缓解了当前单一的基于纹理的叠加矢量方法难以解决的走样问题，其利用级联剖分法结合 缩小范围逼近法，实现了在三维地形表面高质量无缝叠加二维矢量信息，大大提高了有效 矢量纹理像素的利用率，反走样效果显著。，包括如下步骤(1)根据当前视线方向，选择深度剖分法或幕空间剖分法作为对视域四棱锥进行 剖分的分割策略；(2)根据步骤(1)中选择的分割策略对视域四棱锥进行级联剖分，得到若干个子 视域四棱锥；(3)建立矢量纹理数组，将需绘制的矢量信息对应地分配到步骤O)中的若干个 子视域四棱锥上，并构建对应的矢量绘制级联相机；(4)对子视域四棱锥上的矢量信息进行绘制范围分析，利用基于包围框的缩小范 围逼近法，确定子视域四棱锥上的矢量绘制信息；构建矢量绘制级联相机组，将所有矢量 绘制信息绘制成矢量纹理至所述的矢量纹理数组中，同时记录每个子视域四棱锥的绘制矩 阵；(5)绘制三维地形，根据所述的绘制矩阵将所述的所有矢量纹理无缝叠加到三维 地形上。所述的深度剖分法适用于以水平分量为主要方向的大多数视线方向，其将视域四 棱锥从近裁切面至远裁切面的这段深度空间剖分成若干个部分，每一部分为一个子视域四 棱锥，每个子视域四棱锥对应一个剖分面，其剖分面的函数表达式为{CJ =Zi = λ η (f/n) i/m+(l- λ ) (η+ (i/m) (f-n)) (1)其中V为当前视点的视域四棱锥，Vi为V分割后的第i子视域四棱锥，i为自然 数，且1 < i Sm，m为子视域四棱锥个数，CiSVi对应的剖分面，η和f分别为V的近裁切 面和远裁切面，λ为平均强度系数，0 < λ < 1，默认值λ = 0. 5。所述的幕空间剖分法适用于几乎垂直于地形的视线方向，其将视域四棱锥直接沿 屏幕空间的竖直方向或水平方向进行均勻分割，形成若干个子视域四棱锥。当选择幕空间剖分法作为分割策略时，依据平均原则对视域四棱锥进行级联剖 分；当选择深度剖分法作为分割策略时，则依据理论像素最优化和线性变化分割结合的折 中原则对视域四棱锥进行级联剖分。所述的基于包围框的缩小范围逼近法为1)对所有的矢量信息构建对应的二维 包围框；幻将某一子视域四棱锥上的矢量信息在矢量数据面上进行正交投影，确定一个矩 形绘制平面；幻将矩形绘制平面内部的矢量信息包围框与所有矢量信息包围框一一求交， 剔除没有交集的包围框，将所有剩下的包围框共同合并，形成一个最小矩形包围框，该最小 矩形包围框内部的信息即为对应子视域四棱锥上的矢量绘制信息；4)根据步骤幻和3)，遍历所有子视域四棱锥上的矢量信息，得到所有子视域四棱锥上的矢量绘制信息。本专利技术基于级联的在三维地形表面无缝叠加二维矢量的方法，对传统基于纹理的 矢量数据绘制方法进行了改进，通过对视域四棱锥进行级联剖分，并对矢量信息进行基于 包围框的缩小范围逼近，大大提高了矢量纹理的像素利用率，在很大程度上抑制走样问题 的发生，且绘制效果显著增强。本专利技术能与目前大多数的多分辨率地形绘制方法以及遥感 影像金字塔很好地结合一起使用，在大型场景漫游系统和三维地理信息系统中能取得很好 的应用效果。附图说明图1为本专利技术基于级联的叠加矢量方法的步骤流程示意图。图2为本专利技术在三维地形表面无缝叠加二维矢量的效果图。具体实施例方式为了更为具体地描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术基于级联的 叠加矢量方法进行详细说明。如图1所示，，包括如 下步骤(1)选择对视域四棱锥进行剖本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于级联的在三维地形表面无缝叠加二维矢量的方法，包括如下步骤：（１）根据当前视线方向，选择深度剖分法或幕空间剖分法作为对视域四棱锥进行剖分的分割策略；（２）根据步骤（１）中选择的分割策略对视域四棱锥进行级联剖分，得到若干个子视域四棱锥；（３）建立矢量纹理数组，将需绘制的矢量信息对应地分配到步骤（２）中的若干个子视域四棱锥上，并构建对应的矢量绘制级联相机；（４）对子视域四棱锥上的矢量信息进行绘制范围分析，利用基于包围框的缩小范围逼近法，确定子视域四棱锥上的矢量绘制信息；构建矢量绘制级联相机组，将所有矢量绘制信息绘制成矢量纹理至所述的矢量纹理数组中，同时记录每个子视域四棱锥的绘制矩阵；（５）绘制三维地形，根据所述的绘制矩阵将所述的所有矢量纹理无缝叠加到三维地形上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑文庭，李融，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86