二維地圖符號(hào)與DEM的實(shí)時(shí)疊加繪制算法研究.pdf

1、地圖符號(hào)是地圖上用于表示地理對(duì)象空間分布、數(shù)量、質(zhì)量等特征的標(biāo)志和信息載體，明確直觀，是對(duì)地理對(duì)象的高度抽象。如何高質(zhì)量高效率地繪制地圖符號(hào)，是地球信息科學(xué)領(lǐng)域的重要課題。當(dāng)前三維地圖和三維地圖符號(hào)快速發(fā)展，構(gòu)建三維場(chǎng)景成為地圖制圖的主流趨勢(shì)。但是對(duì)地理信息行業(yè)來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)二維地圖符號(hào)及其相關(guān)數(shù)據(jù)仍然是一份寶貴的資源。二維地圖符號(hào)兼具定量和定性的雙重特性，是地理信息抽象表達(dá)的主要手段。由于維度不同，當(dāng)二維地圖符號(hào)與三維地形直接進(jìn)行疊加時(shí)，

2、常常出現(xiàn)架空或穿刺現(xiàn)象。鑒于此，本文著手研究二維點(diǎn)狀符號(hào)、線狀符號(hào)和面狀符號(hào)與DEM的各種疊加繪制算法，并設(shè)計(jì)針對(duì)各種符號(hào)的簡(jiǎn)化算法，降低資源開(kāi)銷(xiāo)，盡可能地提升渲染效率以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)漫游的要求，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析簡(jiǎn)化算法的效果。
　　本文的研究?jī)?nèi)容和研究成果主要包括:
　　(1)二維點(diǎn)狀符號(hào)與DEM的疊加繪制
　　由于點(diǎn)狀符號(hào)與地圖貼合疊加后難以分辨，提出使用公告板形式呈現(xiàn)點(diǎn)狀符號(hào)。針對(duì)近距離點(diǎn)狀符號(hào)覆蓋屏幕面積過(guò)大的問(wèn)

3、題，提出使用分段函數(shù)調(diào)整公告板尺寸，提高繪制質(zhì)量。當(dāng)點(diǎn)狀符號(hào)數(shù)量較多時(shí)，采取合適的可見(jiàn)性剔除策略，包括視錐剔除、背面剔除、細(xì)節(jié)剔除、遮擋剔除，減少當(dāng)前幀所需繪制的點(diǎn)狀符號(hào)的數(shù)量。為了解決因點(diǎn)狀符號(hào)密集，可見(jiàn)性剔除過(guò)程復(fù)雜的問(wèn)題，結(jié)合空間劃分技術(shù)進(jìn)行基于GPU的遮擋查詢(xún)，并利用時(shí)空連續(xù)性進(jìn)一步提升點(diǎn)狀符號(hào)的渲染效率。
　　(2)二維線狀符號(hào)與DEM的疊加繪制
　　對(duì)比分析現(xiàn)有的三種疊加繪制方法，包括基于紋理、基于幾何和基于模板

4、陰影體的疊加繪制方法，論證了模板陰影體法在疊加繪制二維線狀符號(hào)上的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)模板陰影體法的需要，擴(kuò)展了原二維線狀符號(hào)的各種剖分方案，對(duì)比分析基于各種剖分方案構(gòu)建的陰影體，論證了基于鏈條的剖分方案構(gòu)建陰影體的優(yōu)越性。為了解決數(shù)據(jù)量增大時(shí)繪制效率降低的問(wèn)題，研究了能有效減少低效點(diǎn)數(shù)量的線要素簡(jiǎn)化算法，提升線狀符號(hào)的渲染效率。
　　(3)二維面狀符號(hào)與DEM的疊加繪制
　　采用模板陰影體法疊加繪制，針對(duì)面狀符號(hào)陰影體邊緣高程不一致

5、的情況，在構(gòu)建陰影體時(shí)整平上下表面，并應(yīng)用梯形分解法對(duì)其剖分以解決非法多邊形繪制的問(wèn)題。為呈現(xiàn)近處精細(xì)、遠(yuǎn)處粗略的視覺(jué)效果，借鑒了漸進(jìn)網(wǎng)格的思想，提出視相關(guān)漸進(jìn)陰影體網(wǎng)格簡(jiǎn)化算法，實(shí)現(xiàn)了面狀符號(hào)的多分辨率疊加繪制。在所提出的算法中，設(shè)計(jì)了新數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以消除點(diǎn)分裂的二義性，通過(guò)拆分陰影體以解決陰影體多相邊的問(wèn)題，并采用計(jì)算量更少的邊權(quán)重計(jì)算公式，提升面狀符號(hào)的渲染效率。
　　最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明:本文所采用的繪制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)在DEM上高