基于梯形格网的矢量地图动态LOD渲染方法研究
发布时间：2020-03-21 06:19
【摘要】：大数据时代的到来使得人类社会数据的种类和存储规模以前所未有的速度增长,数据的规模化效应给地图可视化带来了极大的挑战,传统地图可视化方式正在发生变革。随着数字地球、虚拟地理环境、虚拟地理场景等概念被相继提出,人们不再满足于二维地图的抽象表达而更倾向于三维场景的逼真展示。在解决大规模空间数据可视化和实时绘制的问题上,层次细节(Level of Detail,LOD)方法作为一种模型表示方法能够有效地控制复杂场景的数据简化。现有的静态LOD方法在层次粒度与存储占用上存在着不可调和的矛盾,不能从根本上解决问题。现有的动态LOD方法在原始数据结构上进行简化,再处理为图形硬件支持的图元进行渲染,海量实时的剖分和显存1O过程导致其渲染效率低下,难以满足大规模场景的渲染需求。针对透视投影下现有矢量地图动态LOD绘制方法存在的问题,本文利用相邻尺度下地图要素的几何形态具备相似性的特点,使用一种既可进行简化又可直接用于渲染的梯形格网结构,并设计透视投影下梯形格网的简化算法,将简化与剖分的过程统一,在此基础上进一步研究GPU(Graphic Processing Unit)环境下矢量地图动态LOD绘制方法。通过该方法避免了传统方法中存在的计算冗余和数据冗余问题,提高地图的渲染效率,为三维场景下矢量地图的渲染提供了一种新的解决方案。本文的研究内容和主要成果如下:(1)透视投影下梯形格网的简化算法设计。首先,本文设计了一种视点相关的权重计算方法。之后,进行线、面几何要素的剖分,使用剖分结果完成梯形格网的构建。最终,基于梯形格网结构,兼顾拓扑保持和一致性的原则设计了透视投影下线、面梯形格网的简化算法,并使用一种避免梯形格网自相交的方法,实现了 LOD绘制过程中简化与剖分的统一。(2)基于梯形格网的矢量地图动态LOD渲染方法。首先,探讨地图简化的影响因素,详细分析地图操作、要素可见性对地图简化的影响。其次,依据梯形格网及其简化算法设计了高效的梯形格网LOD方法对梯形格网进行简化,并研究了梯形格网的索引缓冲对象(Element Buffer Object EBO)更新方法。最终,设计了一种硬件环境下视点相关的矢量地图动态LOD渲染方法,进行简单符号化并设计地图缓存以提高其渲染效率。(3)地图可视化平台设计。基于上述的研究成果,设计了可视化平台的渲染引擎框架,并实现了本文提出的算法。之后,设计了渲染效果实验,验证了本文方法的适用性;设计了本文方法与Mapbox矢量瓦片方法的渲染效率对比实验,验证了本文方法的实用性与高效性。本文方法的提出为三维场景下矢量地图的渲染和大规模数据探索性分析提供了新的解决方案。
【图文】：
２．１．１地图可视化模型逡逑ＤｉｄａＳｅ（１９９０）针对数据探索分析及科学可视化提出了地图可视化的框架，如逡逑下图２．１所示。其模型中考虑了地图可视化在科学研究中所起到的作用，并且强逡逑调了地图在研宄顺序中所承担的角色。Ｄｉｄａｓｅ认为可视化前期强调视觉思维，可逡逑视化后期强调信息传输。Ｄｉｄａｓｅ把可视化过程依次分为探索，，确认，合成和表达。逡逑其中，探索偏重于个人领域的视觉思维过程，以发现问题的模式与关系；确认是逡逑个人初步验证模式与关系的合理性；合成则是从一个更为宏观的角度综合考虑问逡逑题，表达是把分析结果进行展示。Ｄｉｄａｓｅ理论将地图可视化从视觉思维到视觉传逡逑输的统一划分，使得侧重于视觉思维与视觉分析研究的地理学和侧重于视觉交流逡逑传输研宄的地图学重新结合起来。逡逑视觉思维逦视觉传输逡逑探索逡逑确认逦合成逡逑＾＾表达逡逑＾邋ｉ逡逑公共领域逡逑图２．１邋Ｄｉｄａｓｅ地图可视化模型（Ｄｉｄａｓｅ邋，１９９０）逡逑１３逡逑
化是现代地图学的核心，传输是可视化的目的，认知和分析模型是可视化的重要逡逑内容（陈毓芬等，１９９７）。Ｔｏｌａｙｅｒ基于计算机技术和地图的作用，围绕可视化建立逡逑了地图可视化模型，如图２．２所示。地图理论原则与计算机技术分别作为地图可逡逑视化的理论基础和技术支撑，认知分析和传输则构成了可视化的两大主要作用。逡逑计算机技术是地图从平面到立体，从静态到动态，从不可交互到可交互，从传统逡逑介质到现有介质不断发展的技术保障，而信息的传输与认知分析则是可视化的主逡逑要目的。Ｔｏｌａｙｅｒ认为视觉传输是主要的，但非可视的如声音和触觉也是不可忽逡逑视的，随着地图可视化由二维向三维的转变，虚拟环境和地理场景的概念的出现，逡逑验证了邋Ｔｏｌａｙｅｒ可视化模型的先瞻性。逡逑．S缅危奘踊五义希澹危ュ义辖换ビ攵义侠砺墼蝈义希ㄐ录扑慊际酰╁义贤迹玻插澹裕铮欤幔澹虻赝伎墒踊Ｐ停ǎ裕铮欤幔澹颍澹桑ⅲ矗╁义希停幔悖牛幔悖瑁澹颍澹睿ㄥ澹保梗梗矗┰虼拥赝嫉氖褂迷虺龇
本文编号：2592913
【图文】：
２．１．１地图可视化模型逡逑ＤｉｄａＳｅ（１９９０）针对数据探索分析及科学可视化提出了地图可视化的框架，如逡逑下图２．１所示。其模型中考虑了地图可视化在科学研究中所起到的作用，并且强逡逑调了地图在研宄顺序中所承担的角色。Ｄｉｄａｓｅ认为可视化前期强调视觉思维，可逡逑视化后期强调信息传输。Ｄｉｄａｓｅ把可视化过程依次分为探索，，确认，合成和表达。逡逑其中，探索偏重于个人领域的视觉思维过程，以发现问题的模式与关系；确认是逡逑个人初步验证模式与关系的合理性；合成则是从一个更为宏观的角度综合考虑问逡逑题，表达是把分析结果进行展示。Ｄｉｄａｓｅ理论将地图可视化从视觉思维到视觉传逡逑输的统一划分，使得侧重于视觉思维与视觉分析研究的地理学和侧重于视觉交流逡逑传输研宄的地图学重新结合起来。逡逑视觉思维逦视觉传输逡逑探索逡逑确认逦合成逡逑＾＾表达逡逑＾邋ｉ逡逑公共领域逡逑图２．１邋Ｄｉｄａｓｅ地图可视化模型（Ｄｉｄａｓｅ邋，１９９０）逡逑１３逡逑
化是现代地图学的核心，传输是可视化的目的，认知和分析模型是可视化的重要逡逑内容（陈毓芬等，１９９７）。Ｔｏｌａｙｅｒ基于计算机技术和地图的作用，围绕可视化建立逡逑了地图可视化模型，如图２．２所示。地图理论原则与计算机技术分别作为地图可逡逑视化的理论基础和技术支撑，认知分析和传输则构成了可视化的两大主要作用。逡逑计算机技术是地图从平面到立体，从静态到动态，从不可交互到可交互，从传统逡逑介质到现有介质不断发展的技术保障，而信息的传输与认知分析则是可视化的主逡逑要目的。Ｔｏｌａｙｅｒ认为视觉传输是主要的，但非可视的如声音和触觉也是不可忽逡逑视的，随着地图可视化由二维向三维的转变，虚拟环境和地理场景的概念的出现，逡逑验证了邋Ｔｏｌａｙｅｒ可视化模型的先瞻性。逡逑．S缅危奘踊五义希澹危ュ义辖换ビ攵义侠砺墼蝈义希ㄐ录扑慊际酰╁义贤迹玻插澹裕铮欤幔澹虻赝伎墒踊Ｐ停ǎ裕铮欤幔澹颍澹桑ⅲ矗╁义希停幔悖牛幔悖瑁澹颍澹睿ㄥ澹保梗梗矗┰虼拥赝嫉氖褂迷虺龇
本文编号：2592913
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dizhicehuilunwen/2592913.html
