本发明涉及图形绘制渲染领域，特别是一种分层式图形实时绘制渲染方法与系统。
背景技术：
在当今实时图形绘制渲染领域，实时图形绘制渲染的速度要求高，且图形整体需完全呈现，但图形变形、图形渲染刷新速度慢以及终端设备的硬件配置越来越高等情况时有发生，各类型图形的应用在给用户直观感受的同时也给实时图形绘制渲染领域带来了很大的挑战，无论是硬件产品还是软件产品，图形绘制渲染直接关系到这款产品的质量好坏。近年来，实时图形绘制渲染的方法相继发表，针对不同的应用，使用的技术也不相同，现今主要的实时图形绘制渲染方法主要是针对软件层面的图形处理算法和针对硬件层面的终端设备进行升级，各类型图形处理复杂算法的编写、硬件水平的提升，使得各类型终端设备的实时图形绘制渲染功能得到了较大的提升。
其中针对软件层面的图形处理算法方法，主要是对整个绘制图形的算法进行改进，尽可能高效的将图形绘制到一个面上，然后再施加渲染技术，最后呈现在用户的面前。针对硬件层面的终端设备升级方法，主要是对终端显示设备的硬件升级，其中包含了用于图形显示的GPU和用于图形计算的CPU，当然如果涉及到计算机性能，内存的升级也是再所难免的。然而无论是从软件层面还是硬件层面，并没有按照不同的图形元素建立不同图层，进而完成图形绘制渲染的方法。
然而无论是计算复杂算法还是提升硬件水平，大部分需要较高的硬件(CPU和GPU等)成本投入，难以利用现有硬件资源，高效的完成实时图形绘制渲染的工作，实时图形绘制渲染不能无限制的依赖硬件水平的升级。因此，如何利用现有的硬件资源，尽可能合理的规划实时图形绘制渲染方式，分层次动态实现图形的实时渲染过程成为了实时图形绘制渲染领域的一个重要的研究方向。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种分层式图形实时绘制渲染方法与系统，旨在解决传统的图形绘制渲染过程中，过多依赖终端设备硬件水平的问题，实现计算资源的有效利用，避免了计算资源的浪费，能够高效的完成图形的绘制渲染过程。
为达到上述技术目的，本发明提供了一种分层式图形实时绘制渲染方法，包括以下步骤：
S101、提取过去一段时间范围内相邻的应用帧，计算场景变化率，并验证其是否超过预设变化率阈值；
S102、若变化率未超过阈值，则将所有图形元素设置为同一图层；若变化率超过阈值，则进入步骤S103；
S103、在所述相邻的应用帧之间重新获取M个应用帧；
S104、将重新获取后的所有应用帧，均划分为N个区域，获取各个区域内相邻两个应用帧之间的场景变化率；
S105、计算每个区域内的平均场景变化率，并根据平均场景变化率的大小进行分层，分别对不同图层进行绘制渲染。
优选地，所述根据平均场景变化率的大小进行分层具体包括以下步骤：
S201、获取最大平均场景变化率和最小平均场景变化率，计算分割差
S202、根据分割差确定平均场景变化率分割区间：
S203、将平均场景变化率处于相同范围内的区域进行合并，相同范围内的处于同一图层，以此完成分层。
优选地，所述计算每个区域内的平均场景变化率公式为：
S平均为平均场景变化率，Sj为第j个应用帧与第j+1个应用帧之间的场景变化率。
优选地，所述N个区域为等面积划分。
本发明还提供了一种分层式图形实时绘制渲染系统，包括：
应用帧初提取模块，用于提取过去一段时间范围内相邻的应用帧，计算场景变化率，并验证其是否超过预设变化率阈值；
变化率初比较模块，用于若变化率未超过阈值，则将所有图形元素设置为同一图层；若变化率超过阈值，则重新提取应用帧；
应用帧重新提取模块，用于在所述相邻的应用帧之间重新获取M个应用帧；
区域场景变化率模块，用于将重新获取后的所有应用帧，均划分为N个区域，获取各个区域内相邻两个应用帧之间的场景变化率；
分层模块，用于计算每个区域内的平均场景变化率，并根据平均场景变化率的大小进行分层，分别对不同图层进行绘制渲染。
优选地，所述分层模块包括：
分割差计算单元，用于获取最大平均场景变化率和最小平均场景变化率，计算分割差
分割区间确定单元，用于根据分割差确定平均场景变化率分割区间：
区域合并单元，用于将平均场景变化率处于相同范围内的区域进行合并，相同范围内的处于同一图层，以此完成分层。
优选地，所述计算每个区域内的平均场景变化率公式为：
S平均为平均场景变化率，Sj为第j个应用帧与第j+1个应用帧之间的场景变化率。
优选地，所述N个区域为等面积划分。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
与现有技术相比，本发明通过获取图形元素的变化率的快慢，建立了相对应的显示图层，对整体图形进行分层管理，根据不同的图形需求，绘制渲染不同的图层，从而解决了传统的图形绘制渲染过程中，过多依赖终端设备硬件水平的问题，通过分层式图形管理，把计算机有限的计算资源分配给了变化率较高的元素图层，避免了计算资源的浪费，能够高效的完成图形的绘制渲染过程，适用于大型地理图形绘制、动态通信信号图谱的绘制、动态地图情况变化以及数据实时监测等领域。
附图说明
图1为本发明实施例中所提供的一种分层式图形实时绘制渲染方法流程图；
图2为本发明实施例中所提供的一种通信信号频谱正面整体显示图；
图3为本发明实施例中所提供的一种分层式图形实时绘制渲染系统结构框图。
具体实施方式
为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
下面结合附图对本发明实施例所提供的一种分层式图形实时绘制渲染方法与系统进行详细说明。
如图1所示，本发明实施例公开了一种分层式图形实时绘制渲染方法，包括以下步骤：
S101、提取过去一段时间范围内相邻的应用帧，计算场景变化率，并验证其是否超过预设变化率阈值；
S102、若变化率未超过阈值，则将所有图形元素设置为同一图层；若变化率超过阈值，则进入步骤S103；
S103、在所述相邻的应用帧之间重新获取多个应用帧；
S104、将重新获取后的所有应用帧，均等面积划分为N个区域，获取各个区域内相邻两个应用帧之间的场景变化率；
S105、计算每个区域内的平均场景变化率，并根据平均场景变化率的大小进行分层，分别对不同图层进行绘制渲染。
图形在显示时，会分为很多个不同的图形元素，每个图形元素需要变化的频率也不同，如果整体进行绘制渲染，会浪费大量的计算资源，导致图形出现卡顿和变形的情况，由于不同图形元素的模型的大小、材质参数、纹理复杂度、光照参数以及变化率等因素都直接关系到图形绘制渲染的速度，而图形实时绘制渲染对图形元素变化率要求较高，因此根据图形元素变化率的快慢将图形中的各个元素划归到不同的图层中，分层管理各个图形元素，根据不同的图形需求，绘制渲染不同的图层，这样节省了不变图形元素重新绘制渲染造成的时间和资源浪费。例如在三维地理信息系统中，变化率较低但绘制渲染较为复杂的地理表面部分可以划归到单独一层，变化率较高的地上元素划归到其它另外不同图层，地理表面部分的图层无需跟随其它图形元素的变化而重新绘制和渲染。
提取过去一段时间范围内相邻的应用帧，设置为开始帧和结束帧，计算开始帧和结束帧的场景变化率，并验证其是否超过预设变化率阈值。
场景变化率的计算方法如下：
随机选取N个开始帧中像素点，Xt-1(i)表示开始帧中第i个像素点，Xt(i)表示结束帧中对应的第i个像素点，则两个对应像素点之间差异计算公式如下：
设定像素间差异程度阈值DT，取值一般按照经验进行设置，对随机选取的N个位置结束帧与开始帧距离Do(Xt，Xt-1)与DT进行比较，统计差异较大像素点个数，场景变化率λ计算如下：
若变化率未超过阈值，则将所有图形元素设置为同一图层；若变化率超过阈值，则进行下一步。
在开始帧和结束帧之间重新获取多个应用帧，即重新获取后的帧数大于两个，以便精确的获取图形元素变化区域。
将重新获取后的所有应用帧，均等面积划分为N个区域，获取各个区域内相邻两个应用帧之间的场景变化率，并根据相邻两个应用帧之间的场景变化率计算每个区域内的平均场景变化率。
所述计算每个区域内的平均场景变化率公式为：
S平均为平均场景变化率，Sj为第j个应用帧与第j+1个应用帧之间的场景变化率。
最后根据平均场景变化率的大小进行分层，具体为：
S201、获取最大平均场景变化率和最小平均场景变化率，计算分割差
S202、根据分割差确定平均场景变化率分割区间：
S203、将平均场景变化率处于相同范围内的区域进行合并，相同范围内的处于同一图层，以此完成分层，并根据具体需要，进行分层管理，例如平均场景变化率最低的图形区域不进行刷新操作，而对于平均场景变化率最低的图形区域，则提高帧率，以此来实现根据不同的图形需求，绘制渲染不同的图层。
以通信信号频谱图为例，正面整体显示图如图2所示，具体绘制渲染过程如下：
通信信号频谱图有四个图形元素构成：实时信号频率、信号频率控制线、图形背景和实时坐标。
按照上述方法对应用区域内的所有图形元素进行场景变化率的获取。根据变化率的快慢将图形中的元素划归到不同的图层当中，变化率高的实时信号频率、信号频率控制线划归到不同图层中，变化率低的实时坐标、图形背景也划归到另外不同图层中。
实时输入信号数据，实时将数据传入“实时信号频率”层和“信号频率控制线”层，“实时坐标”层不必实时获取鼠标在图形以外的坐标位置，属于不必实时绘制变化的图层，“背景”层属于不会变化的图层，不必动态传入数据实时绘制渲染，这样实现了各个图层的分层管理。
本发明实施例通过获取图形元素的变化率的快慢，建立了相对应的显示图层，对整体图形进行分层管理，根据不同的图形需求，绘制渲染不同的图层，从而解决了传统的图形绘制渲染过程中，过多依赖终端设备硬件水平的问题，通过分层式图形管理，把计算机有限的计算资源分配给了变化率较高的元素图层，避免了计算资源的浪费，能够高效的完成图形的绘制渲染过程，适用于大型地理图形绘制、动态通信信号图谱的绘制、动态地图情况变化以及数据实时监测等领域。
如图3所示，本发明实施例还公开了一种分层式图形实时绘制渲染系统，包括：
应用帧初提取模块，用于提取过去一段时间范围内相邻的应用帧，计算场景变化率，并验证其是否超过预设变化率阈值；
变化率初比较模块，用于若变化率未超过阈值，则将所有图形元素设置为同一图层；若变化率超过阈值，则重新提取应用帧；
应用帧重新提取模块，用于在所述相邻的应用帧之间重新获取M个应用帧；
区域场景变化率模块，用于将重新获取后的所有应用帧，均划分为N个区域，获取各个区域内相邻两个应用帧之间的场景变化率；
分层模块，用于计算每个区域内的平均场景变化率，并根据平均场景变化率的大小进行分层，分别对不同图层进行绘制渲染。
所述计算每个区域内的平均场景变化率公式为：
S平均为平均场景变化率，Sj为第j个应用帧与第j+1个应用帧之间的场景变化率。
所述分层模块包括：
分割差计算单元，用于获取最大平均场景变化率和最小平均场景变化率，计算分割差
分割区间确定单元，用于根据分割差确定平均场景变化率分割区间：
区域合并单元，用于将平均场景变化率处于相同范围内的区域进行合并，相同范围内的处于同一图层，以此完成分层。
所述N个区域为等面积划分。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。