一種基于高度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)矢量渲染方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及計(jì)算機(jī)圖形處理領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于高度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)矢量擅染方 法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，在計(jì)算機(jī)圖形處理和地理信息系統(tǒng)（GIS，GeologyIn化rmationSystem) 領(lǐng)域，高度場(chǎng)擅染技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，例如在谷歌地球（GoogleEarth)、世界風(fēng)（World Wind)等應(yīng)用中，人們坐在屏幕前就可W暢游世界。而在一些專業(yè)領(lǐng)域，例如城市規(guī)劃、游戲 開(kāi)發(fā)、電影特效等應(yīng)用中，人們還會(huì)在高度場(chǎng)擅染的基礎(chǔ)上增加更為復(fù)雜的特殊擅染，例如 增加動(dòng)態(tài)矢量擅染，用W產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變化的畫面效果。
[0003] 在現(xiàn)有計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域中，高度場(chǎng)的場(chǎng)景通常是用高度場(chǎng)數(shù)據(jù)來(lái)表示，而高度場(chǎng) 數(shù)據(jù)主要由高程數(shù)據(jù)和影像紋理數(shù)據(jù)組成，高程數(shù)據(jù)用于構(gòu)造高度場(chǎng)的輪廓架構(gòu)，當(dāng)把影 像紋理數(shù)據(jù)映射到高度場(chǎng)的輪廓架構(gòu)上后就可W得到需要在屏幕上擅染顯示的場(chǎng)景圖像。 高程數(shù)據(jù)可W是來(lái)自多層次細(xì)節(jié)（L0D，LevelOfDetails)的高程節(jié)點(diǎn)塊，該些高程節(jié)點(diǎn)塊 是表示高度場(chǎng)的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)其管理控制的方法有網(wǎng)格法、=叉樹(shù)法、四叉樹(shù)法等。
[0004] 對(duì)高度場(chǎng)場(chǎng)景進(jìn)行擅染方法主要有S種，即；光柵處理方法、光線投射方法，W及 該兩種方法相結(jié)合使用的混合方法。在第一種光柵處理方法中，高度場(chǎng)場(chǎng)景被轉(zhuǎn)化為由數(shù) 字高程模型值EM，DigitalElevationModel)構(gòu)建的S角網(wǎng)格，經(jīng)過(guò)紋理映射后，再光柵化 到屏幕上，成為擅染到屏幕上的一個(gè)場(chǎng)景顯示片段；在第二種光線投射方法中，先是確定光 線投射的來(lái)源，該些光線是從觀看者的角度投射過(guò)來(lái)，然后在高度場(chǎng)與該些光線投射的交 匯處獲取表現(xiàn)高度場(chǎng)影像紋理的像素，再將所獲取的像素輸出轉(zhuǎn)化為屏幕上的一個(gè)場(chǎng)景 顯示片段；在第=種混合方法中，先是利用光柵處理方法得到高度場(chǎng)場(chǎng)景的高程圖集和影 像圖集，然后對(duì)高程圖集進(jìn)行光線投射，再?gòu)挠跋駡D集中獲取像素，二者結(jié)合最終得到高度 場(chǎng)的顯示圖像，該種混合方法能夠避免處理復(fù)雜的大規(guī)模=角網(wǎng)格，并能夠獲得高質(zhì)量的 顯示圖像。
[0005] 在高度場(chǎng)上增加矢量擅染，需要考慮矢量的特征，矢量的基本特征主要包括點(diǎn)、 線、面，或者說(shuō)一個(gè)矢量是由多個(gè)點(diǎn)、線、面該些基本特征組合而成?，F(xiàn)有技術(shù)中，基于高度 場(chǎng)進(jìn)行矢量擅染主要有兩種方法，即矢量幾何擅染法和矢量紋理擅染法。在第一種矢量幾 何擅染法中，矢量數(shù)據(jù)能夠插入到高度場(chǎng)數(shù)據(jù)中（如前所述，高度場(chǎng)數(shù)據(jù)主要包括高程數(shù) 據(jù)和影像紋理數(shù)據(jù)），構(gòu)成包含矢量數(shù)據(jù)的高度場(chǎng)數(shù)據(jù)，該種方法雖然顯示精度較高，但是 對(duì)于動(dòng)態(tài)變化的矢量擅染需要較多的處理時(shí)間，該是因?yàn)樵诿恳粋€(gè)場(chǎng)景顯示片段（或顯示 帖）中，高度場(chǎng)數(shù)據(jù)所包含的矢量數(shù)據(jù)都會(huì)因?yàn)閯?dòng)態(tài)變化而需要進(jìn)行更新，另外，對(duì)于高度 場(chǎng)數(shù)據(jù)主要是L0D高程節(jié)點(diǎn)塊時(shí)，對(duì)節(jié)點(diǎn)塊進(jìn)行L0D管理也是一個(gè)復(fù)雜費(fèi)時(shí)的問(wèn)題。為 此，在矢量幾何擅染法中，還可W利用構(gòu)造矢量幾何體的方法在高度場(chǎng)進(jìn)行矢量擅染，該種 方法可W避免L0D管理問(wèn)題，但是構(gòu)造矢量幾何體同樣也是需要較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)處理，該對(duì) 于在實(shí)時(shí)擅染的每一個(gè)場(chǎng)景顯示片段（或顯示帖）中都需要更新其中的矢量幾何體是難 w接受的；在第二種矢量紋理擅染法中，一個(gè)解決方案是采用基于視覺(jué)觀察的四叉樹(shù)圖集 (QTA，Quad-tileAtlas)來(lái)構(gòu)建矢量數(shù)據(jù)，該方案對(duì)于靜態(tài)矢量有較好的擅染特性，但是 對(duì)于動(dòng)態(tài)矢量擅染效率不高，并且當(dāng)矢量特征跨越多個(gè)LOD節(jié)點(diǎn)塊進(jìn)行擅染時(shí)還會(huì)出現(xiàn)錯(cuò) 誤，另一個(gè)四叉樹(shù)圖集（QTA)解決方案能夠?qū)Ω叨葓?chǎng)的動(dòng)態(tài)矢量特征進(jìn)行擅染，但是該方 案沒(méi)有解決不同顯示區(qū)域的分辨率顯示差異的問(wèn)題，當(dāng)觀看者垂直觀看時(shí)，動(dòng)態(tài)矢量能夠 獲得高精度的圖像擅染，而觀看者傾斜觀看時(shí)，對(duì)動(dòng)態(tài)矢量的擅染效果就會(huì)出現(xiàn)失真。圖1 顯示了該方案在垂直和傾斜兩個(gè)觀察角度擅染動(dòng)態(tài)矢量的效果，其中（a)圖是垂直觀測(cè)效 果，化）圖是傾斜觀測(cè)效果，顯然化）的顯示分辨率明顯要低于（a)圖。
[0006] 為此，需要提供一種基于高度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)矢量擅染方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠在動(dòng) 態(tài)矢量的擅染時(shí)間效率、擅染圖像質(zhì)量等方面都有顯著的性能提高，并且在實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)易 性、與現(xiàn)有高度場(chǎng)擅染方法兼容性等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有技術(shù)中基于高度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)矢量擅染方法中存 在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高、擅染時(shí)間實(shí)時(shí)性不強(qiáng)W及擅染顯示的分辨率不能隨觀察角度變化而改變 等問(wèn)題。
[0008] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是；提供一種基于高度場(chǎng)的動(dòng) 態(tài)矢量擅染方法，該方法包括存儲(chǔ)該高度場(chǎng)的高程數(shù)據(jù)和影像紋理數(shù)據(jù)，對(duì)該高程數(shù)據(jù)進(jìn) 行光柵化處理或/和光線投射處理后，計(jì)算該高度場(chǎng)的擅染坐標(biāo)，將該影像紋理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化 為擅染像素，并與該高度場(chǎng)的擅染坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)像素映射，得到該高度場(chǎng)的擅染坐標(biāo)像素， 還包括W下步驟；第一步，將動(dòng)態(tài)矢量轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)圖集；第二步，從該動(dòng)態(tài)圖集中獲取當(dāng)前 圖集數(shù)據(jù)；第=步，根據(jù)該當(dāng)前圖集數(shù)據(jù)計(jì)算該當(dāng)前圖集的擅染坐標(biāo)，將該當(dāng)前圖集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 化為擅染像素，并與該當(dāng)前圖集的擅染坐標(biāo)進(jìn)行映射，得到該當(dāng)前圖集的擅染坐標(biāo)像素；第 四步，將該當(dāng)前圖集的擅染坐標(biāo)像素與該高度場(chǎng)的擅染坐標(biāo)像素進(jìn)行混合，得到混合擅染 坐標(biāo)像素；第五步，將該混合擅染坐標(biāo)像素經(jīng)過(guò)采樣濾波和片段著色處理后，在顯示屏幕上 擅染出基于高度場(chǎng)的當(dāng)前圖集；第六步，從該動(dòng)態(tài)圖集中不斷更新當(dāng)前圖集，并重復(fù)前面所 述第二步至第五步。
[0009] 在本發(fā)明基于高度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)矢量擅染方法的另一實(shí)施例中，該將動(dòng)態(tài)矢量轉(zhuǎn)化為 動(dòng)態(tài)圖集中，包括W下步驟：第一步，W觀察者的視圖截椎與該高度場(chǎng)的基平面相交的方式 確定基于視覺(jué)觀察的投影區(qū)；第二步，動(dòng)態(tài)切分該投影區(qū)，得到投影分區(qū)，在每個(gè)該投影分 區(qū)上方對(duì)應(yīng)設(shè)置一個(gè)相機(jī)；第S步，利用該相機(jī)將對(duì)應(yīng)的該投影分區(qū)的矢量特征光柵化為 該相機(jī)的圖集，由該相機(jī)的圖集組成該動(dòng)態(tài)圖集。
[0010] 在本發(fā)明基于高度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)矢量擅染方法的另一實(shí)施例中，該投影區(qū)為梯形，該 梯形長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度是Wf，短邊的長(zhǎng)度是W。，該長(zhǎng)邊與該短邊的間距是L;該投影分區(qū)有N個(gè)， 1，均為正方形，各正方形邊長(zhǎng)為&，iG[0，N-1]，該各正方形的邊長(zhǎng)&沿視覺(jué)觀察方 向遞增，其中邊長(zhǎng)為&的正方形的鄰近觀察者的側(cè)邊與該梯形的短邊重合，且H。=W。，用 Offi表示該各正方形的鄰近觀察者的側(cè)邊到該梯形短邊的距離偏差，該梯形的斜邊與該各 正方形的豎邊的交角為0，0G[0,n/2)。
[0011]在本發(fā)明基于高度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)矢量擅染方法的另一實(shí)施例中，定義多余因子a，表 示正方形橫邊沒(méi)有落入該梯形內(nèi)的長(zhǎng)度占該正方形橫邊長(zhǎng)度的比例，aG(〇，1];
[0014] 定義投影分區(qū)的個(gè)數(shù)N的上限Nm"。
[001引在本發(fā)明基于高度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)矢量擅染方法的另一實(shí)施例中，當(dāng)白G [arctanC, n/2)時(shí)，
[001引在本發(fā)明基于高度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)矢量擅染方法的另一實(shí)施例中，當(dāng) 白G[0,arctanC)時(shí)，
[0023] 在本發(fā)明基于高度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)矢量擅染方法的另一實(shí)施例中，該投影分區(qū)的上限 N"hx= 4,容忍因子C= 0. 1。
[0024] 在本發(fā)明基于高度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)矢量擅染方法的另一實(shí)施例中，該投影分區(qū)的上限 Nmax= 1 或Nmax= 2。
[0025] 在本發(fā)明基于高度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)矢量擅染方法的另一實(shí)施例中，該高度場(chǎng)數(shù)據(jù)包括兩 組，第一組數(shù)據(jù)是1服X 16K的化get Sound數(shù)據(jù)，第二組數(shù)據(jù)是Digital Earth數(shù)據(jù)，該 Digital Earth數(shù)據(jù)包括11層SRTM高程數(shù)據(jù)和19層Google影像紋理數(shù)據(jù)。
[0026] 在本發(fā)明基于高度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)矢量擅染方法的另一實(shí)施例中，該相機(jī)的像素為 2048X2048。
[0027] 本發(fā)明的有益效果是：將動(dòng)態(tài)矢量通過(guò)投影分區(qū)和相機(jī)光柵投影處理轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài) 圖集，從動(dòng)態(tài)圖集中獲取當(dāng)前圖集，然后將當(dāng)前圖集與所在高度場(chǎng)的擅染坐標(biāo)像素混合，經(jīng) 過(guò)采樣濾波和片段著色處理后，在顯示屏幕上擅染出基于高度場(chǎng)的當(dāng)前圖集，再通過(guò)不斷 更新當(dāng)前圖集，呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)矢量擅染效果，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方法實(shí)現(xiàn)了高效率擅染動(dòng)態(tài) 矢量，能夠根