Gis數(shù)據(jù)的三維實(shí)時(shí)渲染方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種GIS數(shù)據(jù)的三維實(shí)時(shí)渲染方法，主要解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的大數(shù)據(jù)量的GIS空天格點(diǎn)數(shù)據(jù)用于三維地形渲染時(shí)渲染速度較慢，地形紋理數(shù)據(jù)缺乏的問(wèn)題。該渲染方法包括以下步驟：設(shè)定基本地形類型參數(shù)；提取空天格點(diǎn)地形信息數(shù)據(jù)；對(duì)提取的地形信息數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)地形類型的特征判定法或模糊判定法判定出擁有該地形信息數(shù)據(jù)的地形所屬類型；按照三維快速渲染所需數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，按線框方式組織三維地形數(shù)據(jù)，并建立索引機(jī)制。通過(guò)上述方案，本發(fā)明達(dá)到了渲染速度較快，實(shí)現(xiàn)較為方便的目的，具有很高的實(shí)用價(jià)值和推廣價(jià)值。
【專利說(shuō)明】GIS數(shù)據(jù)的三維實(shí)時(shí)渲染方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種GIS數(shù)據(jù)的三維實(shí)時(shí)渲染方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)已逐漸形成主流的應(yīng)用趨勢(shì)。三維的交互形式，以其直觀性、生動(dòng)性、真實(shí)性給參與者很強(qiáng)的參與感和沉浸性，在較高仿真度需求的三維虛擬應(yīng)用中如:實(shí)景仿真、虛擬訓(xùn)練、仿真游戲、數(shù)字化資源等領(lǐng)域中都有很好的實(shí)用價(jià)值。在上述列舉領(lǐng)域，三維地形渲染是普遍使用的技術(shù)，為了增加虛擬現(xiàn)實(shí)的真實(shí)性，地形數(shù)據(jù)使用源自于實(shí)際的GIS采樣數(shù)據(jù)無(wú)疑是很直接的解決辦法。
[0003]在現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用中，將GIS空天格點(diǎn)數(shù)據(jù)用于三維場(chǎng)景地形渲染存在一些實(shí)際的困難。從數(shù)據(jù)內(nèi)容上，GIS空天格點(diǎn)數(shù)據(jù)包含了三維地形渲染所需的空間元素，保證了從格點(diǎn)數(shù)據(jù)向地形數(shù)據(jù)映射的技術(shù)可行性，但在實(shí)際應(yīng)用中，三維地形渲染時(shí)，受場(chǎng)景中的幾何體數(shù)量影響較大，如果僅簡(jiǎn)單將格點(diǎn)數(shù)據(jù)一一映射成場(chǎng)景中的線框?qū)ο?，將?dǎo)致因地形數(shù)據(jù)量過(guò)于龐大而嚴(yán)重制約三維場(chǎng)景的渲染速度，進(jìn)而影響人機(jī)交互的感受性；此外，一般GIS的空天格點(diǎn)數(shù)據(jù)中并不包含地表植被信息，但在三維地形渲染時(shí)需要使用這類信息用于對(duì)應(yīng)紋理的生成和渲染，因此，是否能間接從GIS數(shù)據(jù)中，或者其他干預(yù)方式來(lái)獲得地形數(shù)據(jù)所需紋理，也會(huì)影響到三維地形數(shù)據(jù)的渲染效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種GIS數(shù)據(jù)的三維實(shí)時(shí)渲染方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的大數(shù)據(jù)量的GIS空天格點(diǎn)數(shù)據(jù)用于三維地形渲染時(shí)渲染速度較慢，地形紋理數(shù)據(jù)缺乏的問(wèn)題。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
GIS數(shù)據(jù)的三維實(shí)時(shí)渲染方法，包括以下步驟:
(1)設(shè)定基本地形類型參數(shù)；
(2)提取空天格點(diǎn)地形信息數(shù)據(jù)；
(3)對(duì)提取的地形信息數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)地形類型的特征判定法或模糊判定法判定出擁有該地形信息數(shù)據(jù)的地形所屬類型；
(4)按照三維快速渲染所需數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，按線框方式組織三維地形數(shù)據(jù)，并建立索引機(jī)制。
[0006]空天格點(diǎn)即spatial格點(diǎn)數(shù)據(jù)，又名空間格點(diǎn)。
[0007]具體地說(shuō)，所述步驟(I)中，基本地形類型參數(shù)為:
山地，500米以上，峰巒起伏，坡度陡峻，相對(duì)高度超過(guò)200米；
平原，200米以下，平坦廣闊；
丘陵，500米以下，起伏不大，坡度緩和，相對(duì)高度200米以下；
高原，500米以上，地面坦蕩或起伏不大；盆地，無(wú)一定標(biāo)準(zhǔn)，邊緣陡峭，四周高中間低。
[0008]進(jìn)一步地，所述步驟(2 )中，空天格點(diǎn)地形信息數(shù)據(jù)包括經(jīng)度、緯度和海拔高度。
[0009]所述步驟(3)中，地形信息數(shù)據(jù)預(yù)處理包括:
(3a)計(jì)算地形數(shù)據(jù)區(qū)域的平均海拔高度；
(3b)根據(jù)地形平均海拔高度和相對(duì)高度差計(jì)算地形區(qū)域的類型；
(3c)根據(jù)統(tǒng)計(jì)出的平均海拔高度、相對(duì)高度差對(duì)地形類型進(jìn)行判定。
[0010]所述步驟(3)中，地形類型的特征判定法為:
將提取空天格點(diǎn)地形信息數(shù)據(jù)后形成的二維數(shù)組作為輸入數(shù)據(jù)；將數(shù)組元素的索引與緯度和經(jīng)度對(duì)應(yīng)；將元素值與高度對(duì)應(yīng)；
(3cI)設(shè)定平均高度和相對(duì)高度方差的初始值；
(3c2)計(jì)算獲取的地形信息數(shù)據(jù)的平均高度和相對(duì)高度均方差；
(3c3)判斷計(jì)算出的相對(duì)高度均方差是否大于已設(shè)定的相對(duì)高度方差初始值，若大于則判定相對(duì)高度均方差是否大于盆地相對(duì)高度方差閾值，若大于則地形類型為山地，若小于則地形類型為盆地；若小于則判定相對(duì)高度均方差是否大于平原相對(duì)高度方差閾值，若大于則判定地形類型為平原，若小于則判定相對(duì)高度均方差是否大于高原相對(duì)高度方差閾值，若大于則地形類型為高原，若小于則地形類型為丘陵。
[0011]為了提高渲染速度，所述步驟(3)中，采用經(jīng)度、緯度計(jì)算得到等間隔的就近整數(shù)值形成坐標(biāo)索引；采用高度數(shù)據(jù)圓整形成高度數(shù)據(jù)。
[0012]進(jìn)一步地，所述地形類型的模糊判定法包括以下步驟:
(3d)設(shè)計(jì)不同地形對(duì)于平均高度的隸屬度函數(shù)；
山地:高度閾值符號(hào)為ValveMountain,采用雙曲正切型隸屬度函數(shù)，
【權(quán)利要求】
1.GIS數(shù)據(jù)的三維實(shí)時(shí)渲染方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)設(shè)定基本地形類型參數(shù)； (2)提取空天格點(diǎn)地形信息數(shù)據(jù)； (3)對(duì)提取的地形信息數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)地形類型的特征判定法或模糊判定法判定出擁有該地形信息數(shù)據(jù)的地形所屬類型； (4)按照三維快速渲染所需數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，按線框方式組織三維地形數(shù)據(jù)，并建立索引機(jī)制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GIS數(shù)據(jù)的三維實(shí)時(shí)渲染方法，其特征在于，所述步驟(1)中，基本地形類型參數(shù)為: 山地，500米以上，峰巒起伏，坡度陡峻，相對(duì)高度超過(guò)200米； 平原，200米以下，平坦廣闊； 丘陵，500米以下，起伏不大，坡度緩和，相對(duì)高度200米以下； 高原，500米以上，地面坦蕩或起伏不大； 盆地，無(wú)一定標(biāo)準(zhǔn)，邊緣陡峭，四周高中間低。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GIS數(shù)據(jù)的三維實(shí)時(shí)渲染方法，其特征在于，所述步驟(2)中，空天格點(diǎn)地形信息數(shù)據(jù)包括經(jīng)度、緯度和海拔高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GIS數(shù)據(jù)的三維實(shí)時(shí)渲染方法，其特征在于，所述步驟(3)中，地形信息數(shù)據(jù)預(yù)處理包括: (3a)計(jì)算地形數(shù)據(jù)區(qū)域的平均海拔高度； (3b)根據(jù)地形平均海拔高度和相對(duì)高度差計(jì)算地形區(qū)域的類型； (3c)根據(jù)統(tǒng)計(jì)出的平均海拔高度、相對(duì)高度差對(duì)地形類型進(jìn)行判定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GIS數(shù)據(jù)的三維實(shí)時(shí)渲染方法，其特征在于，所述步驟(3)中，地形類型的特征判定法為: 將提取空天格點(diǎn)地形信息數(shù)據(jù)后形成的二維數(shù)組作為輸入數(shù)據(jù)；將數(shù)組元素的索引與緯度和經(jīng)度對(duì)應(yīng)；將元素值與高度對(duì)應(yīng)； (3cI)設(shè)定平均高度和相對(duì)高度方差的初始值； (3c2)計(jì)算獲取的地形信息數(shù)據(jù)的平均高度和相對(duì)高度均方差； (3c3)判斷計(jì)算出的相對(duì)高度均方差是否大于已設(shè)定的相對(duì)高度方差初始值，若大于則判定相對(duì)高度均方差是否大于盆地相對(duì)高度方差閾值，若大于則地形類型為山地，若小于則地形類型為盆地；若小于則判定相對(duì)高度均方差是否大于平原相對(duì)高度方差閾值，若大于則判定地形類型為平原，若小于則判定相對(duì)高度均方差是否大于高原相對(duì)高度方差閾值，若大于則地形類型為高原，若小于則地形類型為丘陵。
6.根據(jù)權(quán)利 要求5所述的GIS數(shù)據(jù)的三維實(shí)時(shí)渲染方法，其特征在于，所述步驟(4)中，采用經(jīng)度、緯度計(jì)算得到等間隔的就近整數(shù)值形成坐標(biāo)索引；采用高度數(shù)據(jù)圓整形成高度數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GIS數(shù)據(jù)的三維實(shí)時(shí)渲染方法，其特征在于，所述地形類型的模糊判定法包括以下步驟: (3d)設(shè)計(jì)不同地形對(duì)于平均高度的隸屬度函數(shù)； 山地:高度閾值符號(hào)為ValveMountain,采用雙曲正切型隸屬度函數(shù)，
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的GIS數(shù)據(jù)的三維實(shí)時(shí)渲染方法，其特征在于，采用模糊判定法進(jìn)行盆地地形判斷時(shí)，還包括以下步驟: (3f I)沿地形區(qū)域徑向隨機(jī)、成對(duì)選取外緣與中心附近處的有向點(diǎn)對(duì)<Pe,，其中Pe為外緣附近的點(diǎn)，A為中心附近點(diǎn)； (3f2)計(jì)算有向點(diǎn)對(duì) U〉之間勢(shì)差? =HEIGHTiPe)- HEIGHT(Pc)； (3f3)判定有向點(diǎn)對(duì)的有效性-.DeltEZOaverHeight,哀中，averHeight為地形域數(shù)據(jù)的平均高度值； (3f4)重復(fù)上述步驟(3Π)~(3f3)，檢測(cè)滿足上述有效性的點(diǎn)個(gè)數(shù)占選取樣本點(diǎn)總數(shù)的百分比似招_.,; (3f5)輸出判定結(jié)果 TRUE(RATEvalid — VALVE)，其中，VALVE 為常數(shù)。
【文檔編號(hào)】G06T17/05GK103871103SQ201410130447
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】金虎, 陳宇, 陳念偉 申請(qǐng)人:成都信息工程學(xué)院, 四川賽迪智科技有限公司