[发明专利]一种支持GIS线对象和面对象连续LOD绘制的方法

说明书

本发明公开了一种支持GIS线对象和面对象连续LOD绘制的方法，包括以点区域四叉树为原型，初始化空间索引，根据空间索引的层次性重载索引节点和数据的访问函数，通过范围相交查询构建层次编码；单独构建面要素的梯形格网，改进算法，迭代计算各节点的权重并作为增量数据录入数据库，构造包含权重值的要素数据结构；根据节点包围盒与可视化查询窗口的拓扑关系、像素比例尺等信息，从数据库中查询增量数据，对节点进行化简或累积简化；对于线，从线段主体和拐角样式两部分，剖分渲染线要素；对于面，以骨干梯形将梯形格网拆分为梯形链，简化并渲染梯形格网结构下的面要素。本发明可以实现矢量地图中线要素和面要素连续LOD的高性能绘制。

技术领域

本发明涉及地理信息系统（GIS）、计算机辅助设计（CAD）、计算机地图制图（CAC），导航地图、电子地图、手机地图领域，特别涉及一种GIS线对象和面对象连续LOD绘制的方法。

背景技术

地图可视化一直是现代地图学的核心，地图可视化方法的性能和质量对高交互的制图和分析具有重要意义。大数据时代的到来，使得当前可视化方法难以应对矢量数据的海量性和复杂性带来的地图高交互性和数据查询与交互的挑战，矢量数据渲染所涉及的多尺度空间索引技术、LOD技术等方面的研究较为缺乏。

多尺度空间索引技术根据可视化尺度来获取用于快速显示的不同尺度的数据。常见的多尺度空间索引方法以Reactive-tree为代表，包括R树、R*树、SR树等。这些方法能够优先获取尺度较大、重要性较高的矢量数据，但破坏了空间索引的平衡性，改变了原有空间索引的存储方法，降低了数据查询效率。同时，当前多尺度索引多为面向数据快速获取，并未考虑数据调度成本与数据LOD成本。LOD技术分为静态LOD与连续LOD。静态LOD方法多围绕生成不同精度数据的质量和效率展开。常见的静态LOD方法包括顶点聚类算法、浮动栅格聚类方法、ICE等。静态LOD在可视化性能上有着优越表现，但需要较长的预处理时间，同时导致相邻比例尺下，不同层次细节之间难以平滑过渡。连续LOD的研究主要围绕矢量数据简化和累积简化。常见的简化算法多为从原始数据进行简化得到最终的简化数据，并未考虑简化后数据重复利用。目前还未形成一个通用的、高质量的GIS线对象和面对象连续LOD绘制方法。

发明内容

本发明的目的在于解决当前大规模矢量数据带来的地图可视化效率低、空间索引未考虑矢量数据LOD调度问题，提供一种基于GPU的要素连续LOD绘制方法，实现线要素和面要素连续LOD高性能渲染。

本发明的总体思路是：针对基于数据库的外部空间索引查询方法的数据查询与调度效率低问题，设计层次编码；针对矢量要素增量数据难以统一管理问题，设计矢量数据存储与组织结构；针对矢量数据LOD快速获取问题，设计基于层次编码索引结构的数据查询与调度方法；针对数据渲染效率低问题，设计基于GPU环境和要素样式的数据剖分与LOD算法。

本发明一种支持GIS线对象和面对象连续LOD绘制方法，包括以下几个步骤：

步骤1，以点区域四叉树初始化空间索引，重载索引节点和数据的访问函数，通过范围相交查询构建索引节点及其数据的层次编码；

步骤2，先单独构建面要素的梯形格网结构，再改进DP算法，迭代计算要素各节点的权重值，并将权重值作为增量信息录入数据库，再构建包含权重值的要素数据结构；

步骤3，根据节点包围盒与可视化查询窗口的相交关系，以及节点数据的累积简化状态，从数据库中查询增量数据，对节点进行化简或累积简化；

步骤4，在GPU中，去除相邻线段重复部分，绘制线段主体，再针对平角、斜角、圆角三种拐角样式，剖分绘制线段拐角；以骨干梯形将梯形格网拆分成梯形链，结合数据库中的增量信息，对细节梯形进行合并简化与累积简化，最终渲染面要素。