本發(fā)明涉及地理空間信息，尤其涉及一種高逼真的地理空間混合式渲染方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、隨著新一代信息技術(shù)與工業(yè)融合的加速發(fā)展，數(shù)字孿生技術(shù)逐漸成為了實現(xiàn)物理世界與虛擬世界高度融合的關(guān)鍵手段。數(shù)字孿生技術(shù)，即通過傳感器和其他智能設(shè)備捕獲物理實體的數(shù)據(jù)，并利用先進的人工智能技術(shù)，整合這些數(shù)據(jù)到虛擬的數(shù)字模型中，進而對物理系統(tǒng)進行模擬、優(yōu)化和控制。

2、在數(shù)字孿生技術(shù)的實施過程中，仿真環(huán)境的構(gòu)建是至關(guān)重要的一環(huán)。仿真環(huán)境不僅需要準(zhǔn)確地模擬真實世界的物理特性和行為，還需要提供高效、逼真的可視化效果，以便用戶能夠直觀地理解和分析虛擬模型。

3、為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，相關(guān)技術(shù)中三維空間環(huán)境可視化技術(shù)手段，主要為單一渲染引擎或者同類渲染引擎融合加強的手段，如單獨采用cesium.js或者用cesium.js和three.js同類融合以增強三維gis的外在表現(xiàn)能力，能夠更好地展現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)。該種gis引擎在三維數(shù)據(jù)的表達上具有穩(wěn)定性，但在真實感方面略顯不足。而游戲引擎則以其強大的渲染能力，為用戶帶來了更為優(yōu)秀的可視化視覺效果。然而，引進的游戲引擎在處理海量數(shù)據(jù)時存在加載優(yōu)化不足的問題，難以滿足大規(guī)模地理空間實體模型數(shù)據(jù)的高逼真、動態(tài)自由生成、高效表達的需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種高逼真的地理空間混合式渲染方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)，解決了相關(guān)技術(shù)中大規(guī)模地理空間實體模型數(shù)據(jù)在逼真度、動態(tài)自由生成、高效表達方面不足的問題。

2、為達到上述目的，本技術(shù)采用如下技術(shù)方案：

3、第一方面，提供一種高逼真的地理空間混合式渲染方法，包括：

4、基于gis引擎，實時引接處理地形數(shù)據(jù)，并通過融合gis渲染引擎與虛幻渲染引擎實時動態(tài)地構(gòu)建地理空間環(huán)境模型網(wǎng)格體；

5、基于lod動態(tài)調(diào)度技術(shù)，根據(jù)觀察者位置和距離動態(tài)選擇加載和渲染所需的地形切片，遠距離的區(qū)域使用低分辨率切片，近距離的區(qū)域使用高分辨率切片；

6、基于數(shù)據(jù)流式傳輸機制，根據(jù)當(dāng)前觀察者視圖區(qū)域?qū)︼@示內(nèi)容的需求，動態(tài)調(diào)度數(shù)據(jù)并實時渲染地形數(shù)據(jù)；

7、對于地理空間動態(tài)環(huán)境態(tài)勢信息，基于射線碰撞檢測的態(tài)勢自由標(biāo)繪方式對動態(tài)態(tài)勢信息進行標(biāo)繪處理，包括：

8、基于鼠標(biāo)交互繪制樣條面虛擬平面和折面虛擬平面；

9、根據(jù)虛擬平面的2d坐標(biāo)范圍，繪制2d線標(biāo)，并將二維圖形動態(tài)轉(zhuǎn)換構(gòu)建為三維空間中的圖元。

10、在第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式中，所述動態(tài)網(wǎng)格化構(gòu)建，包括：

11、基于所述地形數(shù)據(jù)，分析幾何特性和結(jié)構(gòu)信息，包括地形邊界的識別、邊長測量、法線計算、角度和曲率分析；

12、根據(jù)所述地形數(shù)據(jù)邊的長度、法線方向、角度、曲率遞歸計算每條邊的損失度量；

13、選擇最小所述損失度量的邊作為坍縮候選；

14、基于所述坍縮候選進行坍縮操作，獲得不規(guī)則三角格網(wǎng)體；

15、對于不同區(qū)域，根據(jù)視覺需要動態(tài)調(diào)整網(wǎng)格密度；

16、每次所述坍縮操作后，重新計算周圍邊的損失度量，迭代所述選擇最小損失度量的邊作為坍縮候選的步驟。

17、基于第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式，在第一方面的第二種可能的實現(xiàn)方式中，基于鼠標(biāo)交互繪制樣條面虛擬平面，包括：

18、定義地形表面到線標(biāo)高度的預(yù)定垂直距離，即標(biāo)繪高度h；

19、捕捉鼠標(biāo)點擊事件，通過碰撞檢測確定鼠標(biāo)點擊位置p及點擊位置的法線n，通過向量計算獲得標(biāo)繪線在三維空間中的實際定位點；

20、當(dāng)加入當(dāng)前定位點pn后至少有三個定位點時，計算當(dāng)前定位點pn的前一個定位點pl的前進方向和右方向；

21、根據(jù)定位點pn和定位點pl的法線夾角，確定兩個定位點是否在一個近似的平面中，如果是，則定位點pl執(zhí)行平面內(nèi)拐彎；如果不是，則定位點pl執(zhí)行垂直拐彎；

22、將定位點pl的數(shù)據(jù)延伸至定位點pn，獲得符合地形的樣條曲線；

23、基于所述樣條曲線構(gòu)建所述樣條面虛擬平面。

24、基于第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式，在第一方面的第三種可能的實現(xiàn)方式中，基于鼠標(biāo)交互繪制折面虛擬平面，包括：

25、定義地形表面到線標(biāo)高度的預(yù)定垂直距離，即標(biāo)繪高度h；

26、捕捉鼠標(biāo)點擊事件，通過碰撞檢測確定鼠標(biāo)點擊位置t及點擊位置的法線n，通過向量計算獲得標(biāo)繪線在三維空間中的實際定位點；

27、當(dāng)加入當(dāng)前定位點pn時，嘗試連接當(dāng)前定位點pn與其前一個定位點pl，連接方式包括臺階連接和尋路連接；

28、基于成功連接的點組構(gòu)建所述折面虛擬平面。

29、基于第一方面的第三種可能的實現(xiàn)方式，在第一方面的第四種可能的實現(xiàn)方式中，所述臺階連接，包括：

30、從定位點pl向定位點pn發(fā)射一條射線，如果射線碰撞檢測有碰撞，則放棄當(dāng)前嘗試，并生成中間頂點并進行射線碰撞檢測：

31、以定位點pn到定位點pl法線反方向的平均值作為下方向d，將定位點pl和定位點pn之間平均分出n個中間頂點，對每個中間頂點進行射線碰撞檢測，

32、如果滿足：相鄰兩個中間頂點檢測的命中距離的差值小于設(shè)定值，則臺階連接成功，直接連接定位點pl到定位點pn。

33、基于第一方面的第三種可能的實現(xiàn)方式，在第一方面的第五種可能的實現(xiàn)方式中，所述尋路連接，包括：

34、步驟a，基于定位點pl到定位點pn在定位點pl的法線對應(yīng)平面中的投影，記為前進方向f；

35、步驟b，定義高度值m＝h/10，h為標(biāo)繪高度；

36、步驟c，從定位點pl貼地后向前發(fā)射射線進行射線碰撞檢測；

37、步驟d，如果射線碰撞檢測有碰撞，則記命中點為a，點為ta，法線為na；

38、基于前進方向反方向-f在法線na對應(yīng)平面內(nèi)的投影記為返回方向r；

39、步驟e，從命中點a沿返回方向r發(fā)射射線進行射線碰撞檢測，如果射線碰撞檢測有碰撞，則記命中點為b，點為tb，法線為nb；

40、步驟f，判斷命中點b法線nb與定位點pl法線nl是否相似；

41、步驟g，如果相似，根據(jù)命中點a與命中點b，計算出兩個面拐角的點c與法線nc，得到定位點pc，將點c更新為定位點pl；即存在合適的路徑；

42、步驟h，如果不存在合適的路徑，從定位點pl埋地后向前發(fā)射射線進行射線碰撞檢測，重復(fù)步驟d至步驟g；

43、步驟i，如果仍不存在合適的路徑，則記為移動失敗，跳出循環(huán)。

44、基于第一方面的第五種可能的實現(xiàn)方式，在第一方面的第六種可能的實現(xiàn)方式中，如果引擎不支持命中反向平面則進行射線碰撞檢測，則從相同起始點向相反方向發(fā)射射線進行射線碰撞檢測。

45、第二方面，提供一種高逼真的地理空間混合式渲染裝置，包括：

46、動態(tài)網(wǎng)格化構(gòu)建模塊，用于基于gis引擎，實時引接處理地形數(shù)據(jù)，并通過融合gis渲染引擎與虛幻渲染引擎實時動態(tài)地構(gòu)建地理空間環(huán)境模型網(wǎng)格體；

47、動態(tài)加載模塊，用于基于lod動態(tài)調(diào)度技術(shù)，根據(jù)觀察者位置和距離動態(tài)選擇加載和渲染所需的地形切片，遠距離的區(qū)域使用低分辨率切片，近距離的區(qū)域使用高分辨率切片；

48、動態(tài)渲染模塊，用于基于數(shù)據(jù)流式傳輸機制，根據(jù)當(dāng)前觀察者視圖區(qū)域?qū)︼@示內(nèi)容的需求，動態(tài)調(diào)度數(shù)據(jù)并實時渲染地形數(shù)據(jù)；

49、自由態(tài)勢標(biāo)繪處理模塊，用于地理空間動態(tài)環(huán)境態(tài)勢信息，基于射線碰撞檢測的態(tài)勢自由標(biāo)繪方式對動態(tài)態(tài)勢信息進行標(biāo)繪處理，包括：

50、基于鼠標(biāo)交互繪制樣條面虛擬平面和折面虛擬平面；

51、根據(jù)虛擬平面的2d坐標(biāo)范圍，繪制2d線標(biāo)，并將二維圖形動態(tài)轉(zhuǎn)換構(gòu)建為三維空間中的圖元。

52、第三方面，提供一種電子設(shè)備，所述電子設(shè)備包括：存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述計算機程序被所述處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如第一方面所述高逼真的地理空間混合式渲染方法的步驟。

53、第四方面，提供一種可讀存儲介質(zhì)所述可讀存儲介質(zhì)上存儲有程序或指令，所述程序或指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如第一方面所述高逼真的地理空間混合式渲染方法的步驟。

54、本技術(shù)針對不同類型的3d圖形渲染引擎的特點，融合不同類型的3d圖形渲染引擎，形成混合式渲染引擎，能夠根據(jù)實際場景需求，自由切換實際渲染引擎；在混合式渲染引擎基礎(chǔ)上，通過基于地理空間環(huán)境的不規(guī)則地形格網(wǎng)化與動態(tài)加載顯示處理和基于射線碰撞檢測的貼地態(tài)勢標(biāo)繪處理技術(shù)，實現(xiàn)了一種囊括多渲染引擎的面向數(shù)字孿生的地理空間環(huán)境高逼真可視化分析方法，能夠滿足真實世界地理空間地形數(shù)據(jù)信息和動態(tài)態(tài)勢信息在數(shù)字孿生仿真環(huán)境中高逼真、動態(tài)生成、高效表達的能力要求。