[发明专利]基于滚动球模型的TIN_DDM缓冲面快速构建方法

说明书

基于滚动球模型的TIN_DDM缓冲面快速构建方法，包括以下步骤：设定所构建TIN_DDM缓冲面的最大缓冲距离；依次选取TIN_DDM模型中采样点；确定各点球面在所选取采样点的z轴方向形成极值的基准采样点；利用z轴方向交点间的距离差公式，确定出在最大缓冲距离范围内各点球面与所选取采样点z轴方向的交点超越基准采样点交点的点集；根据超越时的临界半径求解公式，计算出各点球面与所选取采样点z轴方向的交点超越基准采样点交点时的滚动球半径；选取所计算的最小滚动球半径和对应的采样点；TIN_DDM模型中所有采样点均被选取，结束。本发明通过建立TIN_DDM缓冲面快速构建模型数据库，实现了离散数字水深模型(TIN_DDM)中任意缓冲距离缓冲面的快速构建。

技术领域

本发明涉及海底地形表面缓冲区分析及应用等相关技术领域。

背景技术

数字水深模型(Digital Depth Model,DDM)是反映海底水深起伏变化的数字化模型，其假设海底地形为单值曲面，采用离散水深点群来近似描述海底地形，为海底地形的显示和分析提供了重要的数学基础。近年来，随着人类对海底世界的加速探索，应用数字水深模型(DDM)构建缓冲面并进行缓冲面分析对解决海底污染源扩散、水下潜艇航行安全和海底矿藏分布等问题具有重要的现实意义。

当前，对三维缓冲面构建算法的研究较少，主要为矢量算法和栅格算法。矢量算法在构建缓冲面和进行缓冲面分析时，虽然所构建的缓冲面精度较高，但其涉及到大量的几何求交运算，复杂度很高，运行效率较低；而栅格算法采用三维欧氏距离变换方法实现对各类地理要素的三维缓冲面分析，与矢量算法相比较为简单，但其非线性距离变换不利于并行算法和加速算法的设计与实现，耗时巨大，在不进行算法优化的前提下，算法时间复杂度高达O(n⁶)。为加快算法运行效率，以适应当前商业化三维GIS软件的应用，众多学者在保证缓冲面构建精度的前提下，对栅格算法进行改进，主要利用三维欧氏距离的递推延续性质，将栅格曲面的三维欧氏距离变换看作三维二值图像欧式距离变换，再将三维二值图像欧式距离变换过程分解为多个像素点(栅格单元)的二维二值图像的二维欧式距离变换过程。在此基础上，部分学者提出三维欧式距离的线性时间算法，使其利于并行算法和加速算法的设计与实现，并通过优化算法，减少参与距离计算和比较的二维图像个数与二维图像中特征点的个数，使算法的时间复杂度降至O(n³lg n)。此外，部分学者借鉴二维地理线要素或面要素缓冲区边界自动生成的通用算法——滚动圆变换，将其进行三维扩展并应用到DDM缓冲面构建中，首先获得DDM模型中所有采样点的缓冲球面，然后再进行求并运算获得DDM模型的缓冲面，该方法充分利用单值曲面的几何特性，在保证缓冲面生成精度的前提下，将算法时间复杂度降至O(n²)。

虽然当前的DDM缓冲面构建算法可将时间复杂度降至O(n²)，但DDM模型中的采样点数量达到百万甚至千万级别且部分模型为离散数字水深模型(TIN_DDM)，使得单次缓冲面构建耗时巨大，若以任意缓冲距离多次构建缓冲面，将变得十分困难。

发明内容

为解决上述以任意缓冲距离快速构建TIN_DDM缓冲面的问题，以适应当前商业化三维GIS软件的应用需求，本发明提供了基于滚动球模型的TIN_DDM缓冲面快速构建方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：基于滚动球模型的TIN_DDM缓冲面快速构建方法，包括以下步骤：

a、设定所构建TIN_DDM缓冲面的最大缓冲距离r_max；

b、依次选取TIN_DDM模型中采样点P_i，采样点总数为l，i为所选取采样点的位置数，i＝1,2,3...；