[发明专利]一种基于平滑渲染模式的地理信息数据融合可视化方法

说明书

本发明公开了一种基于平滑渲染模式的地理信息数据融合可视化方法，针对包含地理信息的各图层，基于GPU、CPU，以及OpenGL工具，并采用四叉树构造方法、视锥体可视剔除算法、图形渲染缓存机制、多线程技术，完成各图层的融合渲染，并在设备端进行显示，该方法采用了多图层数据高度融合渲染的可视化方法，能够充分利用GPU并行计算的能力，解决了地理信息多图层平滑融合渲染的问题，提高了渲染效率。

技术领域

本发明涉及数据可视化领域，具体涉及一种基于平滑渲染模式的地理信息数据融合可视化方法。

背景技术

可视化分析是有效地融合地理信息数据并借助交互技术引导用户全面而细致地分析所呈现的多维、时空、动态、关联等特征。为了辅助用户精细化决策，研究基于多层级融合显示技术，才能有效适应用户多方位了解态势情况的需求。多层级融合可视化方式涉及到场景图层之间的变换问题，需要考虑到用户的视觉体验，为了能够给予用户更友好的交互效果，引入了透明度渲染的概念。在透明现象渲染领域存在较多的研究，如引入加权混合顺序的独立分层解决方案，提高颜色准确性的透明度，确保顺利跨层转换，但考虑到地理信息数据的多样化及复杂性，该方案在GIS可视化(即地理信息可视化)领域的适应性不足，因为GIS可视化渲染需要考虑的因素较多，如渲染效率、矢量融合等。目前，对现实世界的地图数据表达可以采用矢量和栅格数据模型。矢量瓦片类似栅格瓦片，借助多层次模型技术，将矢量数据分割成矢量要素描述文件并存储在服务器端，然后，由客户端请求服务数据并根据指定样式进行渲染绘制地图。当客户端通过分布式网络获取矢量瓦片、地图标注字体、图标、样式文件等数据后，最终在客户端进行渲染输出地图。考虑地理信息数据的特殊性，合理的解决方案是，在GIS实时可视化渲染过程中，实现半透明渲染的通常做法是将在场景不透明物体完成渲染之后，对场景中半透明物体到摄像机的距离进行排序，从距离摄像机最远的的物体开始逐个叠加渲染，并在渲染中与输出缓冲中的原有颜色进行混合叠加。

一般来讲，为了辅助用户进行态势场景的分析，用户会关注更丰富的场景元素，如打开数字地球的时候，人们更乐意观察到地图的模式，从全局的角度鸟瞰国家、地区等情况，随着视高的不断拉近，数字地球将会展现更逼真的带有高程的影像效果，基于此，人们可以进行各种空间分析活动，当视点与地面的距离再次降低的时候，除了展现更加精细化的地形，融合更多的矢量元素将会更加符合用户的需求。

在动态图形显示系统中，三维地球调度、专业计算、信息处理、图形拾取、相机运算等都是由CPU完成的，GPU只是负责图形数据的渲染，随着图形数量的增加，二者均会产生更大的运算负荷。为了提高图形渲染的效率，更多的研究针对CPU与GPU的协同计算，而在GIS可视化环境中，更多的情况是，GPU的并行运算能力并未被充分利用。

发明内容

本发明目的：在于提供一种基于平滑渲染模式的地理信息数据融合可视化方法，该方法针对现有技术的不足，解决对地理信息系统多图层平滑融合渲染的问题。

为实现以上功能，本发明设计一种基于平滑渲染模式的地理信息数据融合可视化方法，针对目标区域所对应的包含同层级地理信息的各图层，执行步骤S1-步骤S6，基于GPU、CPU，以及OpenGL工具，对各图层进行融合渲染，并在设备端进行显示：

步骤S1:基于四叉树构造方法，对包含地理信息的至少一个图层进行切片处理，获得各图层分别对应的数据块集合，其中，将各图层表示为图层α₁,α₂,…α_n,n表示图层总数，n≥1；

步骤S2:分别针对图层α₁,α₂,…α_n,基于视锥体可视剔除算法，剔除视域之外的各数据块，以视域内的各数据块分别构建与各图层相对应的数据序列结合图形渲染缓存机制，对数据序列进行更新，剔除缓存中已存在的数据块，获得更新后的数据序列