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高效贴地,海量矢量数据的多种符号化表达
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在地理信息领域,矢量数据是一种基础的空间信息存储、管理和表达方式。它通常由点、线、面组成,并对地理实体(如路网,建筑,土壤分类等)进行编码,已经广泛应用于工程实践和基础软件中。在三维地理信息领域,矢量数据的高效三维贴地表达具有广泛的需求。由于缺少第三个空间维度的信息,传统的二维矢量数据在三维场景中的表达和展示很多都需要贴合地形。
通过采样地形点来表达的矢量贴地方法由于需要实时采样地形,随着矢量数据的增多,算法性能将呈几何倍数的降低,对实时交互漫游将产生非常大的影响。同时,矢量线的实时插值更新也是一个很耗时的工作,矢量面通过插值来实现贴地表达更是一个不高效的办法,而且无法避免Z-fighting现象。因此,该方法主要用于点矢量的贴地处理。
纹理映射的贴地方法就是利用离屏渲染(RTT技术)把矢量数据栅格化为纹理图像,然后通过视点位置实时进行矢量纹理的变换映射实现贴地。这种方法不用进行大量的地形采样运算,因此渲染性能很高。而且不用考虑Z-fighting,贴地效果也比较好。但是,这种方法受到纹理图的大小的限制,针对大场景的矢量数据时,很难准确保持变换纹理的分辨率一致。另外这种方法不能进行直接拾取和编辑,仅适合于漫游显示。但通过间接手段可以实现拾取和编辑操作,所以当前的大量软件平台仍广泛使用该方法。
模板阴影体技术在贴地方法中也得到使用。该方法首先渲染地形的颜色和深度,然后关闭颜色缓冲区和深度缓冲区可写,但仍开启深度测试。接着,利用矢量几何顶点数据构建多面体,通过深度测试和模板运算在模板缓冲区中构建掩膜。然后开启颜色缓冲区可写和混合,判断模板测试通过与否对矢量数据进行贴地渲染处理。该方法的优点是与地形复杂度无关,但与矢量数据的复杂度密切相关,因此在贴地渲染大量矢量数据时,其效率也是一大瓶颈。
综合利用以上三种方法,在提高地形采样效率、简化矢量几何、保持映射纹理精度方面取得突破,实现了海量矢量数据的多种符号化表达的高效贴地。
在三维地理信息系统中,具有各种形式和表达的空间数据,我们需要使各种数据在系统中进行无缝融合查看和交互。其中,如何使二维矢量数据和三维场景数据进行无缝贴合是个基本而重要的问题。早期的方法采用通过采样地形点来表达的矢量贴地方法,这种方法当地形变换较大和矢量数据增加时会导致采样点的急剧增加,导致系统的开销过大。通用的方法将矢量数据通过离屏渲染成纹理图像,通过视点位置进行矢量纹理的变换映射来实现贴地的效果;另一种方法是将利用矢量几何顶点数据构建多面体及通过开启颜色缓冲区的方法来实现贴地;但这两种方法都存在着数据量大后导致系统的效率低下的问题。科澜的技术团队在经过多年的技术实践和研究中,开创性地提出了一种结合现有各种方法优势的突破技术。