一种高精地图的高效渲染系统、介质和方法与流程

1.本发明涉及地图渲染，尤其涉及一种高精地图的高效渲染系统、介质和方法。


背景技术：

2.随着传感器技术的升级、物联网技术、以及高精度测绘等技术与工具的升级迭代。现如自动驾驶、实施测绘、智慧城市、孪生世界等许多领域都有了需要更高精度的地图需求。高精地图是基于普通地图上的升级与拓展，相对于普通地图，不止有更高的精度，还有更丰富的内容，适用于更多的场景。
3.相对于普通地图，高精地图的数据精度可达到厘米级，包含道路信息、车道信息、道路附属设施信息等静态信息与实时路况、交通事件等动态信息，具有高精度、高鲜度、高丰富度的电子地图。高精地图可用于自动驾驶、实施测绘、智慧城市、孪生世界等领域，而高精地图渲染技术是作用于这些领域与场景的必备部分，为使用者、开发者，与观察者等角色提供可视化的途径实际使用、开发与调试这些领域的产品。
4.现有的高精地图渲染方式，与普通电子地图不同的地方在于，原普通电子地图的最高地图比例尺层级是18层(即约屏幕两厘米比实际十米)，而高精地图是直接在普通电子地图的基础是，直接拓展成更深的比例尺层级，现一般是增加到22层(即约屏幕一厘米比实际一米)。而其他技术与方式还是与普通电子地图的一样进行数据组织、传输，与渲染。
5.因高精地图与普通电子地图的应用场景、数据内容、使用对象都不一致，因此沿用普通电子地图的渲染方法来渲染高精地图，在自动驾驶、实施测绘、智慧城市、孪生世界的领域的实际应用中，会造成：高精地图的渲染效率低下，高精地图的更新效率低下，高精地图的数据传输效率低、高精地图的数据传输带宽浪费大、高精地图样式定制化成本高、以及更新成本大的缺点。
6.现有普通电子地图的数据组织结构，是根据网格金字塔的方式进行分割地图数据，而因高精地图在数据量与精细度上的提高，沿用网格金字塔的数据组织与处理方式，在数据结构的深度，处理的难度都已指数级的提高。进一步的，在高精地图数据的传输、渲染，以及更新等一系列的环境都造成指数级的处理困难。在实际使用中，高精地图的渲染效率低下，高精地图的更新效率低下，高精地图的数据传输效率低、高精地图的数据传输带宽浪费大、高精地图样式定制化成本高、以及更新成本大的缺点，并不能满足在自动驾驶、实施测绘、智慧城市、孪生世界的场景高精地图高实时性更新需求的场景。


技术实现要素：

7.发明目的：针对现有技术的不足，提供一种高精地图的高效渲染系统、介质和方法，在实际应用场景中的显示模块上高效快速地渲染与更新高精地图。
8.技术方案：一种高精地图的高效渲染方法，该方法包括：将采集到的高精地图数据输入到数据组织模块，数据组织模块对高精地图数据进行重新组织，形成易于读取和更新的倒金字塔结构；数据传输模块将重组后的数据传输到数据渲染模块；数据渲染模块位于
使用终端，数据渲染模块内设有与数据组织模块中匹配的倒金字塔结构，根据实际使用情况进行数据请求与数据填充，转化到屏幕上，完成地图渲染，其中，倒金字塔结构从多个维度对高精地图数据进行分类，倒金字塔结构由下往上，信息量递增。
9.进一步地，倒金字塔结构从更新频率与数据量两个维度对高精地图数据进行分类，倒金字塔结构由下往上，数据量和更新频率递增。
10.进一步地，倒金字塔结构将高精地图数据分为四个层级，由底层到顶层分别为静态地图数据、准静态地图数据、准动态地图数据，以及动态地图数据四个层级。
11.进一步地，根据高精地图数据的应用场景、时间与空间要素，在倒金字塔结构分层的基础上进一步分类，拆分高精地图数据。在空间上，可根据高精地图数据的使用类型，将高精地图数据根据一百米地理网格或者一千米地理网格划分，如小范围内区域天气信息；也可将高精地图数据根据使用区域划分，如停车场动态信息，以及充电桩动态信息等。在时间上，可根据高精地图数据的发生与持续时间，将高精地图数据根据一秒、一分钟、一小时分级，如当前天气情况、交通管制信息，以及短时间内的天气预报等。从而将高精度地图数据，在分层的基础上，再根据时间与空间要素分级分类的结构进行组织，为后续的传输模块与渲染模块做准备。
12.进一步地，数据渲染模块处理过程具体包括：
13.(1)将使用端的目标区域初始化地图为空白的网格子单元；
14.(2)将目标区域的静态地图数据进行渲染，得到第一张有内容的地图；因为静态地图范围大，更新频率低，能提前处理成可直接渲染的二进制数据，传输体积小，能最快的速度铺满使用端的屏幕，提高使用体验效果。
15.(3)根据实际使用场景，如果是驾驶舱、门户引擎等场景，采用以屏幕中心为起点，向四周扩散的渲染顺序渲染动态数据，如果是在车机、导航状态、自动驾驶观察检测等场景，则适合采用以当前位置为起点，前进方向的5-10米为终点，请求和渲染这两个点的椭圆区域的高精地图数据，达到最少的数据传输与渲染动作即可满足场景需求的效果；如此根据使用场景，按需加载，能达到传输数据小、渲染效率高的效果；并且使用体验效果也是最流畅的；
16.(4)使用端在浏览或者使用高精地图的时候，根据不同层级与类型的数据，采取不同的缓存策略。
17.进一步地，步骤(4)中，因高精静态地图具有更新频率低、渲染次数多的特征，将静态数据缓存到使用端，当使用端重复用到之前的区域，直接从缓存设备获取渲染数据，无需重新请求，进一步的提高了传输效率；对于更新频率快的动态地图，仅按需读取，从而提高了使用端内存的利用率，降低了使用端的使用成本与门槛。
18.具体实施中，存在计算机可读存储介质，包括供一个或多个处理器执行的一个或多个程序，一个或多个程序包括用于执行如权利要求1-6任一方法的指令。
19.适用于上述方法的高精地图的高效渲染系统，系统包括：
20.数据组织模块：将高精地图数据进行重新组织，形成易读取的倒金字塔结构的高精地图数据结构；
21.数据传输模块：根据不同的使用场景、不同设备，将高精地图数据按需发送到使用端；
22.数据渲染模块：使用端的数据渲染模块内部设有与数据组织模块匹配的高精地图倒金字塔结构，根据实际使用情况进行数据请求与数据填充，转化到屏幕上，完成地图渲染的过程。
23.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著的优点：
24.(1)高实时性：通过地图分层分级分类，单独对所需的动态数据进行传输与渲染，达到局部所需动态数据的高速更新和渲染，实现实时同步现实世界的效果；
25.(2)充分利用传输带宽：根据高精地图分层分级分类，设计高精度动态数据的结构，使用端只需请求目标更新与重新渲染的数据，达到动态数据高效传输；
26.(3)同时配置渲染的顺序与方向，极大提升人机体验效果。
附图说明
27.图1为本发明中系统框图；
28.图2为本发明中数据组织模块分类示意图；
29.图3为本发明中数据传输模块工作示意图；
30.图4为本发明中数据渲染模块工作示意图；
31.图5为本发明中数据渲染模块中缓存工作示意图。
具体实施方式
32.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
33.如图1所示，外部采集的高精地图数据，进入数据组织模块，将高精地图数据进行重新组织，形成特定的高精地图数据结构，为后续的高精地图数据传输与高精地图数据渲染做准备；数据传输模块，负责的是将高精地图数据从数据组织模块高效地传输到数据渲染模块；数据渲染模块，负责的是将高精地图数据进行高效地渲染在应用场景的显示设备上。数据组织模块、数据传输模块、数据渲染模块具体工作原理如下：
34.数据组织模块：从高精地图数据在实际使用场景上出发，由图2将高精数据在更新频率与数据量两个维度进行分类，可将高精地图数据分为静态地图数据、准静态地图数据、准动态地图数据，以及动态地图数据四个类型，进而再抽象成倒金字塔的高精地图分层模型。将高精地图数据分为四个层级，由底层到顶层分别为静态地图数据、准静态地图数据、准动态地图数据，以及动态地图数据四个层级，倒金字塔由下往上，数据量越来越大，更新频率也越来越高。
35.根据高精地图数据的应用场景、在时间与空间要素上，在倒金字塔模型上进一步进行分类，拆分高精地图数据结构。在空间上，可根据高精地图数据的使用类型，将高精地图数据根据一百米地理网格或者一千米地理网格划分，如小范围内区域天气信息；也可将高精地图数据根据使用区域划分，如停车场动态信息，以及充电桩动态信息等。在时间上，可根据高精地图数据的发生与持续时间，将高精地图数据根据一秒、一分钟、一小时分级，如当前天气情况、交通管制信息，以及短时间内的天气预报等。从而将高精度地图数据，在分层的基础上，再根据时间与空间要素分级分类的结构进行组织，为后续的传输模块与渲染模块做准备。
36.数据传输模块：由于高精地图的数据量巨大，更新频率又非常高，因此数据的汇
聚、处理、以及组织存储处理部分，是与实际使用渲染场景分开的。
37.目前光纤有线网络，wifi以及5g等无线网络的大面积普及等通信方式升级。数据组织模块基本放在服务器端内，与数据的渲染场景(即实际使用场景)分开。由此，最直接的优势是数据经过一次处理与组织，就能在多个地方与多个场景上使用，这也是目前应用场景最多的模式。在此基础是，还需要一个高效的数据传输模块，将高精地图数据从数据组织模块传输到数据渲染模块。由图3所示，
38.在数据传输模块内，每个高精地图数据颗粒，可根据实际使用场景与渲染的需求，采用不同的数据传输方式。为了传输的数据量更小，以及后续渲染模块使用得更方便与高效，在数据传输模块内，会根据实际使用场景的需求，判断高精地图数据是只用于显示需求，还是用于数据解析统计需求，将高精地图数据进行二进制转码，或者进行纹理坐标转码的方式传输，从而保证传输带宽被合理的利用，传输通道的速度和资源得到高效利用。因此，进一步的要求，在数据组织模块中，数据分层分级、处理的颗粒度与原子度越细，那么数据传输的利用率、效率就越高，成本就越低。
39.数据渲染模块：高精地图数据渲染模块，在实际场景的使用端内。如图4所示，使用端会根据目标位置信息、地理区域信息、以及使用场景等信息，向服务端内的数据组织模块与数据传输模块请求高精地图数据。然后高精地图数据就会根据实际需求，按需按颗粒的传输到数据渲染模块中。
40.使用端的数据渲染模块内部会构建一套与数据组织模块类似的高精地图倒金字塔模型。根据实际使用情况进行数据请求与数据填充，转化到屏幕上，完成渲染的过程。
41.首先，使用端的目标区域初始化地图为空白的网格子单元。再者，将获取到的目标位置区域的静态地图数据进行渲染，得到第一张有内容的地图。因为静态地图范围大，更新频率低，能提前处理成可直接渲染的二进制数据，传输体积小，能最快的速度铺满使用端的屏幕，提高使用体验效果。然后根据使用场景，如果是驾驶舱、门户引擎等场景，采用以屏幕中心为起点，向四周扩散的渲染顺序渲染动态数据。如果是在车机、导航状态、自动驾驶观察检测等场景，则适合采用以当前位置为起点，前进方向的5-10米为终点，请求和渲染这两个点的椭圆区域的高精地图数据。
42.如此根据使用场景，按需加载，能达到传输数据小、渲染效率高的效果。并且体验效果也是最流畅的。进一步的、使用端在浏览或者使用高精地图的时候，根据不同层级与类型的数据，采取不同的缓存策略。例如，因高精静态地图具有更新频率低、渲染次数多的特点，可将高精静态数据缓存到使用端上。每当重复到了之前的区域，即可直接从缓存上获取渲染数据，而不用重复请求，进一步的提高了传输的效率。
43.而更新频率非常快的动态地图，因其时效性高、更新频率快的特点，其是没必要储存在缓存的。从而提高了使用端内存的利用率，降低了使用端的使用成本与门槛。整个渲染流程如图5所示。高精地图数据传输到渲染模块上，会先进行第一张地图的初始化渲染，在使用端的屏幕上显示出高精地图。在数据渲染模块内，初始化渲染的过程中，会将高精地图的静态地图进行缓存，待下次使用端交互到重复位置时直接使用，从而减少数据传输。而高精地图的动态地图部分，将高精地图的静态地图与动态地图区分缓存，第一个增益是能有效的利用缓存机制，提升高精地图数据在传输模块上的利用效率，降低不必要的带宽与流量的浪费，第二个增益是将高更新频率的动态地图从缓存机制中抽离出来，提高使用端内
存的使用效率，降低使用端的硬件成本。
44.本发明的高精地图的高效渲染方法，目的是能高效地在实际应用场景的显示模块上渲染与更新高精地图，显示模块为高精地图的显示工具，包括但不限于电脑浏览器，电脑客户端、手机软件、与车载电子设备。
45.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
46.本发明的具体实施方式中，未涉及到的说明属于本领域的公知技术，可参考公知技术加以实施。