Gis数据的三维实时渲染方法
【专利摘要】本发明公开了一种GIS数据的三维实时渲染方法，主要解决了现有技术中存在的大数据量的GIS空天格点数据用于三维地形渲染时渲染速度较慢，地形纹理数据缺乏的问题。该渲染方法包括以下步骤：设定基本地形类型参数；提取空天格点地形信息数据；对提取的地形信息数据进行预处理，通过地形类型的特征判定法或模糊判定法判定出拥有该地形信息数据的地形所属类型；按照三维快速渲染所需数据结构，按线框方式组织三维地形数据，并建立索引机制。通过上述方案，本发明达到了渲染速度较快，实现较为方便的目的，具有很高的实用价值和推广价值。
【专利说明】GIS数据的三维实时渲染方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种GIS数据的三维实时渲染方法。
【背景技术】
[0002]随计算机可视化技术的发展，虚拟现实已逐渐形成主流的应用趋势。三维的交互形式，以其直观性、生动性、真实性给参与者很强的参与感和沉浸性，在较高仿真度需求的三维虚拟应用中如:实景仿真、虚拟训练、仿真游戏、数字化资源等领域中都有很好的实用价值。在上述列举领域，三维地形渲染是普遍使用的技术，为了增加虚拟现实的真实性，地形数据使用源自于实际的GIS采样数据无疑是很直接的解决办法。
[0003]在现实的应用中，将GIS空天格点数据用于三维场景地形渲染存在一些实际的困难。从数据内容上，GIS空天格点数据包含了三维地形渲染所需的空间元素，保证了从格点数据向地形数据映射的技术可行性，但在实际应用中，三维地形渲染时，受场景中的几何体数量影响较大，如果仅简单将格点数据一一映射成场景中的线框对象，将导致因地形数据量过于庞大而严重制约三维场景的渲染速度，进而影响人机交互的感受性；此外，一般GIS的空天格点数据中并不包含地表植被信息，但在三维地形渲染时需要使用这类信息用于对应纹理的生成和渲染，因此，是否能间接从GIS数据中，或者其他干预方式来获得地形数据所需纹理，也会影响到三维地形数据的渲染效果。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种GIS数据的三维实时渲染方法，主要解决现有技术中存在的大数据量的GIS空天格点数据用于三维地形渲染时渲染速度较慢，地形纹理数据缺乏的问题。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
GIS数据的三维实时渲染方法，包括以下步骤:
(1)设定基本地形类型参数；
(2)提取空天格点地形信息数据；
(3)对提取的地形信息数据进行预处理，通过地形类型的特征判定法或模糊判定法判定出拥有该地形信息数据的地形所属类型；
(4)按照三维快速渲染所需数据结构，按线框方式组织三维地形数据，并建立索引机制。
[0006]空天格点即spatial格点数据，又名空间格点。
[0007]具体地说，所述步骤(I)中，基本地形类型参数为:
山地，500米以上，峰峦起伏，坡度陡峻，相对高度超过200米；
平原，200米以下，平坦广阔；
丘陵，500米以下，起伏不大，坡度缓和，相对高度200米以下；
高原，500米以上，地面坦荡或起伏不大；盆地，无一定标准，边缘陡峭，四周高中间低。
[0008]进一步地，所述步骤(2 )中，空天格点地形信息数据包括经度、纬度和海拔高度。
[0009]所述步骤(3)中，地形信息数据预处理包括:
(3a)计算地形数据区域的平均海拔高度；
(3b)根据地形平均海拔高度和相对高度差计算地形区域的类型；
(3c)根据统计出的平均海拔高度、相对高度差对地形类型进行判定。
[0010]所述步骤(3)中，地形类型的特征判定法为:
将提取空天格点地形信息数据后形成的二维数组作为输入数据；将数组元素的索引与纬度和经度对应；将元素值与高度对应；
(3cI)设定平均高度和相对高度方差的初始值；
(3c2)计算获取的地形信息数据的平均高度和相对高度均方差；
(3c3)判断计算出的相对高度均方差是否大于已设定的相对高度方差初始值，若大于则判定相对高度均方差是否大于盆地相对高度方差阈值，若大于则地形类型为山地，若小于则地形类型为盆地；若小于则判定相对高度均方差是否大于平原相对高度方差阈值，若大于则判定地形类型为平原，若小于则判定相对高度均方差是否大于高原相对高度方差阈值，若大于则地形类型为高原，若小于则地形类型为丘陵。
[0011]为了提高渲染速度，所述步骤(3)中，采用经度、纬度计算得到等间隔的就近整数值形成坐标索引；采用高度数据圆整形成高度数据。
[0012]进一步地，所述地形类型的模糊判定法包括以下步骤:
(3d)设计不同地形对于平均高度的隶属度函数；
山地:高度阈值符号为ValveMountain,采用双曲正切型隶属度函数，
【权利要求】
1.GIS数据的三维实时渲染方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)设定基本地形类型参数； (2)提取空天格点地形信息数据； (3)对提取的地形信息数据进行预处理，通过地形类型的特征判定法或模糊判定法判定出拥有该地形信息数据的地形所属类型； (4)按照三维快速渲染所需数据结构，按线框方式组织三维地形数据，并建立索引机制。
2.根据权利要求1所述的GIS数据的三维实时渲染方法，其特征在于，所述步骤(1)中，基本地形类型参数为: 山地，500米以上，峰峦起伏，坡度陡峻，相对高度超过200米； 平原，200米以下，平坦广阔； 丘陵，500米以下，起伏不大，坡度缓和，相对高度200米以下； 高原，500米以上，地面坦荡或起伏不大； 盆地，无一定标准，边缘陡峭，四周高中间低。
3.根据权利要求1所述的GIS数据的三维实时渲染方法，其特征在于，所述步骤(2)中，空天格点地形信息数据包括经度、纬度和海拔高度。
4.根据权利要求1所述的GIS数据的三维实时渲染方法，其特征在于，所述步骤(3)中，地形信息数据预处理包括: (3a)计算地形数据区域的平均海拔高度； (3b)根据地形平均海拔高度和相对高度差计算地形区域的类型； (3c)根据统计出的平均海拔高度、相对高度差对地形类型进行判定。
5.根据权利要求1所述的GIS数据的三维实时渲染方法，其特征在于，所述步骤(3)中，地形类型的特征判定法为: 将提取空天格点地形信息数据后形成的二维数组作为输入数据；将数组元素的索引与纬度和经度对应；将元素值与高度对应； (3cI)设定平均高度和相对高度方差的初始值； (3c2)计算获取的地形信息数据的平均高度和相对高度均方差； (3c3)判断计算出的相对高度均方差是否大于已设定的相对高度方差初始值，若大于则判定相对高度均方差是否大于盆地相对高度方差阈值，若大于则地形类型为山地，若小于则地形类型为盆地；若小于则判定相对高度均方差是否大于平原相对高度方差阈值，若大于则判定地形类型为平原，若小于则判定相对高度均方差是否大于高原相对高度方差阈值，若大于则地形类型为高原，若小于则地形类型为丘陵。
6.根据权利 要求5所述的GIS数据的三维实时渲染方法，其特征在于，所述步骤(4)中，采用经度、纬度计算得到等间隔的就近整数值形成坐标索引；采用高度数据圆整形成高度数据。
7.根据权利要求1所述的GIS数据的三维实时渲染方法，其特征在于，所述地形类型的模糊判定法包括以下步骤: (3d)设计不同地形对于平均高度的隶属度函数； 山地:高度阈值符号为ValveMountain,采用双曲正切型隶属度函数，
8.根据权利要求7所述的GIS数据的三维实时渲染方法，其特征在于，采用模糊判定法进行盆地地形判断时，还包括以下步骤: (3f I)沿地形区域径向随机、成对选取外缘与中心附近处的有向点对<Pe,，其中Pe为外缘附近的点，A为中心附近点； (3f2)计算有向点对 U〉之间势差? =HEIGHTiPe)- HEIGHT(Pc)； (3f3)判定有向点对的有效性-.DeltEZOaverHeight,哀中，averHeight为地形域数据的平均高度值； (3f4)重复上述步骤(3Π)~(3f3)，检测满足上述有效性的点个数占选取样本点总数的百分比似招_.,; (3f5)输出判定结果 TRUE(RATEvalid — VALVE)，其中，VALVE 为常数。
【文档编号】G06T17/05GK103871103SQ201410130447
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2014年4月2日
【发明者】金虎, 陈宇, 陈念伟 申请人:成都信息工程学院, 四川赛迪智科技有限公司