[发明专利]顾及线宽一致性的矢量地图实线符号端头绘制方法

说明书

本发明公开了一种顾及线宽一致性的矢量地图实线符号端头绘制方法，包括以下步骤：对待绘制的线要素进行初始化，指定实线符号的端头样式和屏幕线宽，并指定世界坐标系和屏幕坐标系之间的转换规则。其次按照坐标转换规则将屏幕线宽转换为世界坐标系的线宽，在世界坐标系下对线要素进行三角化操作，并对端头进行矩形化处理。然后构建顾及线宽一致性的GPU状态协议，在CPU中组织状态协议内容并传递到GPU中。最终，在GPU中获取初始最大线宽和缩放系数等状态协议内容后进行保持线宽一致的实线符号端头绘制。本发明通过构建实线符号绘制的状态协议，驱动CPU‑GPU协同工作，使得不同端头样式都对应同一种矩形区域、减少三角形数量，进而实现高效地图矢量线要素绘制。

技术领域

本发明涉及数字地图制图领域和地理信息系统领域的矢量线要素绘制方法，尤其涉及一种顾及线宽一致性的矢量地图实线符号端头绘制方法。

背景技术

地图是将真实地理世界中各种空间实体信息传递给读图者的有效媒介，地图符号化既是对空间实体的抽象，也是将空间实体进行视觉表达的绘制手段。数字地图制图是通过计算机来进行地图的可视化表达，点、线和面要素的符号化绘制是生成数字地图的基础。其中，矢量线要素的符号化表达既要考虑线宽、颜色、线型等绘图要素，还需要考虑线要素的端头绘制。在线宽的作用下，线符号的端头会以面的形式呈现。为了视觉的美观，线的端头一般有平头形、方头形、圆头形、尖角形等。而随着地图比例尺的缩放，线的端头还需要进行保持线宽一致的绘制。实线符号作为表达矢量线要素的重要方法，通常用于表达道路中心线、河流网络、确定边界等。根据地图配图的需求，实线地图符号在诸多情况下都需要随地图缩放保持线宽，在此需求背景下，实线端头的处理也就尤为重要。

针对这种线宽一致性的绘图需求，现有的研究主要有两大类：

(1)基于纯软件绘制的方法。例如，论文《面向GIS的矢量线状符号填充算法研究》(张海泉,潘懋,吴焕萍,等.《地理与地理信息科学》,2004,20(04):11-14.)，给出了一种基于GDI+的纯软件绘制方法来表达矢量线要素。该种方法严格依赖于矢量线的屏幕坐标和屏幕宽度，当地图缩放时，需要不断的进行重新计算和绘制，严重降低了地图显示的效率。针对此效率低下的问题，后续的研究大多数集中于如何用硬件加速的方法，即GPU绘制的方法来实现矢量线符号的绘制。

(2)基于GPU绘制的方法。此类方法主要是研究如何通过GPU着色器(Shader)来绘制线符号。例如，论文《A function-based linear map symbol building and renderingmethod using shader language》(Yue SS,Yang JS,Chen M,等.《International Journalof Geographical Information Science》，2016,30(2):143-16)提出了一种利用OpenGLShader来构建线符号并用GPU绘制。该方法依赖于一个颜色二维数组来表达符号结构，整个方法中只是针对固定地图比例尺的线符号绘制，对于线宽的一致性问题并没有涉及。另外，此论文中对于线端头的处理粗暴的进行特定的三角化(此论文中的Fig 17)，增加了三角形集合的数量，也由此影响了绘制效率。而论文《一种基于屏幕的三维地图线状符号渲染方法》(刘君妍，陈雅茜，高亦远，等.《地球信息科学学报》，2018,20(8):1047-1054)提出了将矢量线要素映射成为纹理数据，通过纹理数据来绘制线；该方法主要是针对线要素与地形的融合，线要素的线宽处理明确是随着地图缩放而变化的。此外名称为“基于GPU的地图线形符号绘制方法及系统”(申请号201310125110.6)的中国专利，名为“基于GPU的宽度渐变线型地图符号绘制方法”(申请号201610015703.0)的中国专利，都是在分析GPU绘制矢量线要素难点的基础上，提出了用Shader着色器来绘制线符号的方法。但是这些方法都是针对固定比例尺的线符号绘制，当地图比例尺变化时，为了保持线宽不变，前述方法都需要重新三角化和绘制。反复不断的三角化对绘制效率具有明显的影响，由此造成了地图的缩放交互仍然存在效率瓶颈。