[发明专利]超高压缩比的三维地形数据压缩方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维地形数据压缩方法，尤其是涉及超高压缩比的三维地形数据压缩方法。

背景技术

现有的大型三维地理信息系统中，包含有全球地理信息的高精度数字高程数据，由于数据量巨大，在数据存储和网络传输时都面临很大压力，因此对这些数据的压缩方法就提出了很高的要求。目前，常用的数据压缩方法是直接使用ZIP/RAR等无损压缩技术，压缩比并不理想。

发明内容

本发明目的在于提供一种超高压缩比的三维地形数据压缩方法，用于处理三维地理信息系统中使用的专用地形数据。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述超高压缩比的三维地形数据压缩方法，包括下述步骤：

一、地形瓦片分割

将全球地形数据按照经纬度投影，并划分为东半球和西半球两个根节点；所述的每一个根节点等分为4×4个子节点；

二、计算偏移值

每一个所述的子节点包含513×513个高程点，为了压缩数据量，首先计算每一个所述的高程点的偏移值，即本子节点的实际高程值减去由其父节点差值得到的高程值；

三、对偏移值进行编码存储

取本子节点所有高程点的偏移值的最小值和最大值，则每一个偏移值的编码用下述公式进行计算得到一个字节的编码值B：B=（h₀-h_min/h_max-h_min）×255；

式中h₀为高程点的偏移值，h_min为本子节点所有高程点的偏移值的最小值，h_max为本节点所有高程点的偏移值的最大值；

存储时，首先将本节点所有高程点的最小值和最大值进行存储，然后按照从左到右、从上到下的顺序对每一个高程点的编码逐个进行存储；

四、对上述存储数据进行哈夫曼(Huffman)编码压缩。

本发明优点在于主要体现为：

1、由所述的节点关系直接确定各高程点的坐标，因此只需记录高程值，不必记录经纬度；

2、所述的高程值经过压缩后，每一个高程值占用字节不到一个字节，其压缩比明显优于常规的“浮点型数据和ZIP压缩”方法；

3、本压缩方法与三维地理信息系统的层次细节技术（LOD，英文全称LevelOfDetails，即多细节层次）一致，即：距离镜头越远的地形精度越低，距离镜头越近的地形精度越高；从三维地理信息系统的角度看，数据仍然是无损的。（视距拉的很近时，数据无损）

本发明压缩方法包含了偏移值提取压缩（可将高程数据由4个字节压缩为1个字节，即压缩比为1:4）和常规的可变字长编码压缩（根据具体数据的不同，压缩比也不同，地形数据在某一区域内通常较为相近，其压缩比一般在1:5到1:10之间），故最终压缩比大约在1:20到1:40之间。

具体实时方式

本发明所述超高压缩比的三维地形数据压缩方法，包括下述步骤：

一、地形瓦片分割

将全球地形数据按照经纬度投影，并划分为东半球和西半球两个根节点；所述的每一个根节点等分为4×4个子节点；按照三维地理信息系统中的金字塔结构（即四叉树结构）进行地形瓦片划分，根节点为东、西半球两个地形瓦片。

二、计算偏移值

每一个所述的子节点包含513×513个高程点，为了压缩数据量，首先计算每一个所述的高程点的偏移值，即本子节点的实际高程值减去由其父节点插值得到的高程值；

由父节点的高程值通过插值计算，得到当前节点的高程值（推算高程值），然后用当前节点的实际高程值减去推算高程值，得到偏移高程值。这样做的目的是使存储的数据尽可能的小，由于推算高程值与实际高程值是比较接近的，所以偏移高程值总是在0点左右浮动。

三、对偏移值进行编码存储

取本子节点所有高程点的偏移值的最小值和最大值，则每一个偏移值的编码用下述公式进行计算得到一个字节的编码值B：B=（h₀-h_min/h_max-h_min）×255；

式中h₀为高程点的偏移值，h_min为本子节点所有高程点的偏移值的最小值，h_max为本节点所有高程点的偏移值的最大值；