二維地圖符號與DEM的實時疊加繪制算法研究.pdf

1、地圖符號是地圖上用于表示地理對象空間分布、數(shù)量、質(zhì)量等特征的標(biāo)志和信息載體，明確直觀，是對地理對象的高度抽象。如何高質(zhì)量高效率地繪制地圖符號，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快速發(fā)展，構(gòu)建三維場景成為地圖制圖的主流趨勢。但是對地理信息行業(yè)來說，傳統(tǒng)二維地圖符號及其相關(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)二維地圖符號與三維地形直接進行疊加時，

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狀符號、線狀符號和面狀符號與DEM的各種疊加繪制算法，并設(shè)計針對各種符號的簡化算法，降低資源開銷，盡可能地提升渲染效率以滿足實時漫游的要求，最后通過實驗對比分析簡化算法的效果。
　　本文的研究內(nèi)容和研究成果主要包括:
　　(1)二維點狀符號與DEM的疊加繪制
　　由于點狀符號與地圖貼合疊加后難以分辨，提出使用公告板形式呈現(xiàn)點狀符號。針對近距離點狀符號覆蓋屏幕面積過大的問

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)點狀符號數(shù)量較多時，采取合適的可見性剔除策略，包括視錐剔除、背面剔除、細(xì)節(jié)剔除、遮擋剔除，減少當(dāng)前幀所需繪制的點狀符號的數(shù)量。為了解決因點狀符號密集，可見性剔除過程復(fù)雜的問題，結(jié)合空間劃分技術(shù)進行基于GPU的遮擋查詢，并利用時空連續(xù)性進一步提升點狀符號的渲染效率。
　　(2)二維線狀符號與DEM的疊加繪制
　　對比分析現(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上的優(yōu)勢。根據(jù)模板陰影體法的需要，擴展了原二維線狀符號的各種剖分方案，對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)量增大時繪制效率降低的問題，研究了能有效減少低效點數(shù)量的線要素簡化算法，提升線狀符號的渲染效率。
　　(3)二維面狀符號與DEM的疊加繪制
　　采用模板陰影體法疊加繪制，針對面狀符號陰影體邊緣高程不一致

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