[发明专利]一种地形数据的平滑处理方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种地形数据的平滑处理方法及装置。

背景技术

地形作为自然界最复杂的景物之一，对其进行实时、逼真的三维构建及可视化一直是计算机图形学的重要研究内容。其在游戏如大型三维游戏(如：《魔兽世界》)、虚拟游戏(如：虚拟紫禁城)、影视动漫设计、三维可视化地理信息系统(如：《ArcGIS》套件)，以及国防军事领域包括战场环境态势仿真、战法战式模拟演练等领域有着广泛的应用。目前，三维地形的构建可通过结合观察点的位置决定模型细节的选择，以减少图形处理的复杂度，提高图形生成效率，达到实时动态绘制要求。而三维地形场景的真实感表达与呈现是三维地形构建以及基于地形的可视化应用处理的一大挑战。

地形的真实感表达包括地形的高低起伏特征的精确绘制。绘制地形轮廓线时一般利用高程数据来绘制，但是随机误差会导致轮廓线呈“锯齿”形，所以有必要对高程数据进行平滑处理。常用的数据平滑处理有均值滤波、中值滤波、卡尔曼滤波和小波滤波，均值滤波本质上是一种低通滤波方法，在消除误差的同时会对地形的高频细节成分造成破坏和损失，故用于高程数据平滑会导致地形特征点改变，中值滤波是一种非线性滤波器，是把数字序列中各点的值用该点的一个领域中各点值的中值代替，在某些条件下既可去除误差又能有效保护地形特征点，卡尔曼滤波是以最小均方误差为估计的最佳准则来寻求一套递归估计的算法，适合于实时处理和计算机运算，但与中值滤波相比较计算复杂，小波滤波存在两大难点：一是选择合适的小波函数；二是确定阈值。

但是以上方法均为基于插值的方法实现地形高程数据的平滑处理，在低分辨率的状态下忽略地形本身的重要起伏特征，如山峰、河谷等典型区域，使得数据破坏性强，导致视觉上的失真问题。而高程数据平滑处理旨在计算简洁，并使地形特征尽可能保持不变。因而基于插值的方法并不能很好的满足三维地形构建对于真实感的要求。

发明内容

本申请实施例通过提供一种地形数据的平滑处理方法及装置，解决了现有技术中的地形数据的平滑处理方法，大多都是基于插值的方法来实现，存在数据破坏严重的技术问题。实现了根据局部地理要素的信息进行平滑处理，减少对地形原始结构的破坏，提高地形模型精度，误差更小，并且保留了更多的重要信息技术效果。

一方面，本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：

一种地形数据的平滑处理方法，包括：

从地形栅格数据中任意选取一个顶点作为第一顶点，其中，所述第一顶点即为当前需要进行平滑处理的顶点；

确定与所述第一顶点对应的第一顶点元；

计算所述第一顶点元的法向量；

在所述第一顶点元周围确定一局部地形；

计算所述局部地形的法向量；

基于所述第一顶点元的法向量和所述局部地形的法向量，矫正所述第一顶点的高程值。

优选地，所述确定与所述第一顶点对应的第一顶点元，包括：

在所述第一顶点周围选取四个顶点，其中，所述第一顶点和所述四个顶点构成所述第一顶点元，所述第一顶点是所述第一顶点元的中心点。

优选地，所述计算所述第一顶点元的法向量，包括：

基于所述四个顶点中的任意三个顶点确定一个平面，共确定四个平面；

计算出所述四个平面中每个平面的法向量；

计算所述四个平面的法向量的平均值，获得所述第一顶点元的法向量。

优选地，所述在所述第一顶点周围确定一局部地形，包括：

确定一间隔距离，其中，所述间隔距离随视点高度变化；

基于所述间隔距离，在所述第一顶点元周围选取四个顶点元，所述四个顶点元与所述第一顶点元之间的距离均为所述间隔距离，所述第一顶点元和所述四个顶点元即构成所述局部地形。

优选地，所述间隔距离随视点高度的变化关系满足如下等式：

其中，factor为所述间隔距离，h为视点高度，j为在所述局部地形的长度，k为在所局部地形的高度，Q为所述距离间隔的最大值。

优选地，所述间隔距离的最大值满足如下等式：

其中，H为所述视点高度的最大值。

优选地，所述计算所述局部地形的法向量，包括：

计算所述四个顶点元中每个顶点元的法向量；

计算所述四个顶点元的法向量的平均值，获得所述局部地形的法向量。

优选地，所述基于所述第一顶点元的法向量和所述局部地形的法向量，矫正所述第一顶点的高程值，包括：