[发明专利]顾及线宽一致性的矢量地图线符号燕尾形箭头绘制方法

说明书

本发明公开了一种顾及线宽一致性的矢量地图线符号燕尾形箭头绘制方法，包括以下步骤：初始化矢量线要素，指定屏幕坐标系线宽，指定起点和终点处是否绘制燕尾形箭头；接着，按照坐标转换规则将屏幕线宽转换为世界坐标系的线宽，对矢量线要素进行三角化操作，并在起点和终点处进行膨胀操作。然后，构建顾及线宽一致性的GPU状态协议，在CPU中组装协议内容并传递到GPU中。最终，在GPU中获取状态协议，在起点和终点处进行燕尾形箭头的腐蚀操作，实现保持线宽一致的绘制。本发明通过构建面向燕尾形箭头线符号绘制的状态协议，利用结构化的状态协议，实现在地图缩放过程中不改变线宽、不重新三角化，完成线要素起点、终点处的燕尾形箭头绘制。

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地图线符号燕尾形箭头绘制方法，尤其涉及一种顾及线宽一致性的矢量地图线符号燕尾形箭头绘制方法。

背景技术

数字地图制图是将现实世界中各种空间信息以地图的方式呈现出来，点、线和面要素是地图中最基础的三种表达结构，由此主导了点、线和面符号化方法。通过各种不同的点符号、线符号和面符号，能够将空间实体的分布状况、关联关系、相互作用等信息形象化的传递给读图者。为了能够支撑读图者快速理解地图、准确获取空间信息，地图符号的绘制是最为关键的因素。在现实地理世界中，广泛存在着“方向”型的空间信息，如风吹的方向、河流的方向、道路的行驶方向等。为了能够将此类方向型的信息传递给读图者，带有燕尾形箭头的线符号是一种常用的方法。

为了能够绘制带有燕尾形箭头的线符号，当前主要有两种方法：一种是基于软件绘制的方法，一种是基于GPU硬件的方法。前者广泛应用于现有各种二维地图平台上，主要是通过纯软件的方式来操作像素着色，典型的方法有GDI+，Cairo，AGG等。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，即后者基于GPU硬件的方法来实现矢量线符号的绘制。

基于GPU硬件绘制的方法主要是研究如何通过GPU着色器(Shader)来绘制线符号。代表性的方法如论文《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，虽然能够通过数组标记来表达和绘制虚线符号，但整个方法中只是针对固定地图比例尺的绘制，对于线宽的一致性问题完全没有涉及；此论文方法也只是对不带箭头的线符号，如何处理带燕尾形箭头的线符号未有涉及。

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，名为“基于GPU的颜色渐变线型地图符号绘制方法”(申请号201610016561.X)，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。并且由于燕尾形箭头的特殊性，已有GPU硬件绘制方法均未提出明确的解决方案。