顧及視覺變量相似性的地圖符號(hào)GPU高效渲染方法研究.pdf

1、空間數(shù)據(jù)符號(hào)化渲染的質(zhì)量與效率，一直是地圖可視化研究中的難點(diǎn)與熱點(diǎn)問題。高質(zhì)量的符號(hào)化效果和更加流暢的用戶體驗(yàn)是矢量地圖服務(wù)的必然需求。因此，研究高效率的符號(hào)化渲染方法、降低系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，研究高質(zhì)量的符號(hào)化渲染產(chǎn)品、傳遞更豐富的語義信息和增強(qiáng)符號(hào)化渲染的效果，具有重要的研究價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
　　隨著顯卡硬件技術(shù)的更新?lián)Q代，以及圖形處理和計(jì)算能力的不斷增強(qiáng)，將圖形硬件加速技術(shù)引入到空間數(shù)據(jù)的符號(hào)化渲染，可以充分利用GPU可編程圖形

2、流水線的快速渲染和靈活實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢，進(jìn)而輔助解決符號(hào)化渲染的速度瓶頸。與基于軟件方式實(shí)現(xiàn)的符號(hào)化渲染相比，GPU可編程圖形流水線技術(shù)為空間數(shù)據(jù)符號(hào)化渲染提供了硬件加速的渲染性能。但是，傳統(tǒng)的基于GPU空間要素繪制的方法主要集中于具體的圖形繪制算法本身，注重要素圖形化的同時(shí)卻很少考慮地圖符號(hào)化渲染的一般流程，導(dǎo)致了其呈現(xiàn)效果難以滿足各種專題地圖表達(dá)的需求。
　　本文以地圖符號(hào)視覺變量的相似性特征為切入點(diǎn)，抓住影響符號(hào)化渲染效率提升的關(guān)

3、鍵因素，優(yōu)化傳統(tǒng)的順序型符號(hào)化渲染過程，設(shè)計(jì)基于圖元的符號(hào)數(shù)據(jù)模型和視覺變量相似性驅(qū)動(dòng)的符號(hào)化渲染過程模型。此基礎(chǔ)上，借助于GPU渲染的性能優(yōu)勢，重點(diǎn)突破符號(hào)化渲染過程中的核心問題，提出顧及視覺變量相似性的地圖符號(hào)GPU渲染方法，實(shí)現(xiàn)符號(hào)化渲染效率與質(zhì)量的提升。
　　主要研究內(nèi)容與成果如下。
　　(1)基于圖元地圖符號(hào)數(shù)據(jù)模型。從GIS軟件的地圖符號(hào)數(shù)據(jù)模型、面向共享的地圖符號(hào)描述模型和通用圖形軟件的符號(hào)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三個(gè)方面分析

4、了現(xiàn)有地圖符號(hào)數(shù)據(jù)模型的特征。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了兼顧圖形表達(dá)和構(gòu)圖語義的地圖符號(hào)數(shù)據(jù)模型，并進(jìn)行符號(hào)圖元屬性與符號(hào)視覺變量的映射，為后續(xù)視覺變量相似性研究提供定量分析基礎(chǔ)。
　　(2)視覺變量相似性驅(qū)動(dòng)的符號(hào)化渲染過程模型。在分析同一地圖符號(hào)內(nèi)部、不同地圖符號(hào)之間的視覺變量相似性的基礎(chǔ)上，總結(jié)了視覺變量相似性對(duì)渲染子過程可重用性的影響，設(shè)計(jì)了面向渲染過程的層次緩存策略，提出了視覺變量相似性驅(qū)動(dòng)的符號(hào)化渲染過程模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)符號(hào)化渲

5、染過程中冗余操作的有效剔除。
　　(3)顧及視覺變量相似性的地圖符號(hào)GPU渲染方法。針對(duì)點(diǎn)狀、線狀、面狀地圖符號(hào)各自的構(gòu)圖規(guī)律，利用GPU圖形渲染技術(shù)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的GPU地圖符號(hào)化渲染方法。從符號(hào)I/O階段、符號(hào)圖元離散階段，再到符號(hào)柵格化階段，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的緩存構(gòu)建方法。同時(shí)，依據(jù)GPU對(duì)繪制圖元類型的基本需求，設(shè)計(jì)了一次遍歷、逐點(diǎn)處理的三角形剖分方法來進(jìn)行線狀要素的離散;設(shè)計(jì)了基于水平掃描的梯形剖分方法進(jìn)行面狀要素的離散。

6、在此基礎(chǔ)上，結(jié)合CPU和GPU中構(gòu)建的緩存，利用空間要素的離散結(jié)果，詳細(xì)闡述了點(diǎn)狀、線狀、面狀地圖符號(hào)的優(yōu)化繪制方法。
　　(4)地圖可視化原型系統(tǒng)。在前三個(gè)研究內(nèi)容的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)該原型系統(tǒng)的系統(tǒng)框架，地圖符號(hào)管理工具，以及點(diǎn)狀、線狀、面狀地圖符號(hào)的優(yōu)化繪制方案。通過符號(hào)化渲染效果實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了本文所提出的顧及視覺變量相似性的地圖符號(hào)渲染方法的可行性。通過與現(xiàn)有的地圖符號(hào)渲染方法(GDI/GDI+，AGG，Cairo)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)