[发明专利]一种基于天际线裁剪的规则网格可视域精确计算方法

说明书

本发明公开了一种基于天际线裁剪的规则网格可视域精确计算方法，包括步骤：S1、对地物表面网格进行方环及扇区划分，为各扇区设立垂直投影面；S2、将最内方环的各网格点投影至垂直投影面以计算出第一方环的天际线，设置第二方环为当前方环，设置第一方环的天际线为当前方环的前序天际线；S3、结合当前方环的前序天际线计算当前方环各网格点可见性，裁剪并更新前序天际线；S4、设置下一方环为当前方环，视上述更新后的前序天际线为当前方环的前序天际线；S5、重复步骤S3至S4，直至所有方环均被处理为止。通过天际线的裁剪算法可将当前天际线快速更新至前序天际线，使方法的结果完全精确且效率得到极大提升，可用于对精度和时间要求均很高的应用。

技术领域

本发明涉及地理信息空间分析技术领域，具体涉及一种基于天际线裁剪的规则网格可视域精确计算方法。

背景技术

可视域计算是给定某一规则网格表面及其视点，寻找相对该视点可见的网格的分析方法。作为地理信息系统常见的空间分析工具之一，可视域计算算法在设施选址、安防监控、景观分析与规划、军事突防及信号盲区计算等问题上具有广泛的应用。

目前已公开的多种可视域计算方法，可分为精确算法和近似算法两种。精确算法以R3算法和扫描线算法为代表，对应的时间复杂度分别为O(n³)和O(n²logⁿ)，其中n为某一维度的网格数量。R3算法是一种典型的无复用计算方法，其原理是给定网格数据，从观察点位置向视野范围内的每个网格点引一条视线LOS，通过该LOS是否被其它网格遮挡来判断其可见性。由于每一网格的可见性除当前网格外还涉及LOS所途径的网格，因此R3算法的计算量庞大，计算消耗的时间长。扫描线算法是针对R3算法进行改进的一种计算方法，其精度和R3算法相当。

近似算法以参考面算法、xDraw算法、R2算法等为代表，其时间复杂度均为O(n²)。相对比精确算法，近似算法的效率更高但精度更低。但是在许多实际应用中，可视域计算的准确性也是一个重要的衡量因素。

申请号为201710863903.6的专利文件公开了一种视面综合算法(syntheticvisual plane,SVP)，该方法以视点为中心将规则四边形网格表示的地物表面划分为4个扇区和若干个同心方环，然后投影各网格点至设立在每一扇区的投影面上，连接各投影点得到一条天际线。在本方法中，通过使任一环内各网点的遮挡信息均体现在最新的天际线上，可如实反映出目标点与视点之间的视线遮挡情况，是一种结果更可靠的精确计算方法，但其时间复杂度为O(n²logⁿ)，相比于近似算法时间效率较低；为提升效率，申请号为201710863894.0的专利文件基于此公开了一种改进后的地形可视域计算方法，其将投影面划分为若干条带，并利用条带对投影后的各天际线进行离散化。更新时，若某一条带的当前投影高程大于已有的投影高程，则更新该条带的投影高程。可视性判断时，若投影点的投影高程比对应条带的高程大即为可见；否则，为不可见。离散化处理虽带来了极高的时间效率，但同时也产生了计算误差，造成了较大的精度损失。

精度与效率是衡量可视域算法的两个重要方面。因此，现有的可视域的计算方法有待进一步改进，使得能确保结果精确的前提下大幅提高可视域计算的时间效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于天际线裁剪的规则网格可视域精确计算方法，其通过利用天际线裁剪的思路可将当前天际线快速更新至前序天际线，既能保证准确性，又能提升效率，可实现其算法精度与R3精确算法相当，时间效率方面提升至与R2近似算法相当。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种基于天际线裁剪的规则网格可视域精确计算方法，包括以下步骤：

S1、对地物表面规则网格进行方环及扇区划分，为各扇区设立垂直投影面；