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    一種全球層次細節網格三維地形圖像疊置方法技術

    技術編號:8719248 閱讀:251 留言:0更新日期:2013-05-17 20:48
    本發明專利技術所設計的全球層次細節網格三維地形圖像疊置方法,包括:1)構造一種滿足一定要求的全球統一紋理坐標系統;2)在地形層級模型中,對每一個地形塊建模時對模型頂點設置全球統一紋理坐標系統中定義的模型頂點紋理坐標;3)在地形層級模型繪制表達時,將模型頂點的全球統一紋理坐標通過公式分別換算成針對地形紋理與疊置圖像的多重紋理坐標,克服了多重空間下的同步變換困難問題;4)在進行紋理采樣時,通過比較的方式進行像素點紋理的圖像來源完成疊置圖與地形紋理的統一繪制。該方法在完全不需要額外模型的情況下高效地實現了與地形完全縫合的圖像疊置,解決了疊置圖像的實時交互與表達問題。

    【技術實現步驟摘要】

    本專利技術涉及計算機圖形、大區域地形三維仿真
    ,具體地指。
    技術介紹
    由Google公司開發的Google Earth提供了一個在三維地形上疊加圖像的功能,Google Earth采用的是高端的針對像素級的ClipMap技術實現全球三維表達,該技術能很容易的實現圖像與地形進行重合疊置,并且能夠方便地實現對圖像的伸縮、旋轉和移位操作。然而由于絕大多數的全球三維地形建模還是采用更容易掌握的地形塊層次細節模型(LoD)繪制方式進行表達,使得這樣一個看起來簡單的功能實現在這種層次細節模式中變得異常困難,到目前為止,還沒有看到相關的應用新產品實例,究其原因,困難有如下幾點。(I)疊置的圖像如何突破地形塊的空間限制,并且能夠與臨近的不同層次的地形塊之間建立起統一的映射關系?這個問題直接來源于疊置圖的分割表達實現思維,它是一種最直接的解決問題的方式,在不影響模型調度與組織邏輯的情況下,對疊置圖像按塊進行分割,將地形疊置事務限定在地形塊內部通過多重紋理貼圖的方式解決。這種解決方式的好處是可以在不過于影響模型效率的情況下保障疊置圖像的無縫地形重合,因為它與地形紋理一樣完全映射到模型上。但這種方法的困難除了受地形塊空間限制以及不同層級地形塊之間的映射外,還有一個問題就是難以實現疊置圖像的交互設計與交互表達,如圖像移動、伸縮時快速地實現覆蓋地形塊的疊置響應,以及旋轉時不同層級地形塊間的紋理轉換等問題,事實上,由于分割了圖像,連一個一致的交互選擇熱點響應也不容易做出來,更談不上在熱點上的交互了。(2)如何在保障效率的情況下實現疊置圖像的無縫表達及旋轉采樣?這個問題來源于一種直接對疊置圖像進行三維地形建模的解決途徑,它的思路是:將給定圖像位置的地形高程采集出來,專門針對該區域的地形建立一個獨立的地形塊表達模型,通過與全球三維地形進行疊置實現圖像的疊置表達。這種實現方式的優點是:獨立模型易于交互選擇的實現,如模型的移動、伸縮與旋轉,并且不影響全球地形模型的組織、調度與表達實現。但是它的不足之處除了由于附加的地形表達模型對整個全球地形表達在效率上存在一定程度的影響外,更重要的問題是如何保障新建立的圖像疊置模型能夠完全疊合在原地形表面上,我們知道,如果要完全與原地形表面重合,只有一種情形,就是所有的新模型頂點均與原地形模型的相應頂點完全一致,但要保障這種一致性在多層的地形表達中完全不可能用規則格網模型做到,因為不同層的地形塊其格網間距是不一致的,即使不計效率損耗,改用三角網來表達,如何從相應的地形中提取地形塊覆蓋頂點數據,如何處理由于圖像旋轉帶來的頂點采樣偏移,以及如何快速地實時響應圖像交互構建相應的模型,都是一個異常復雜的難題。依據我們的了解,前一種分割的思維幾乎沒有成功的案例,后一種獨立表達的模型思維,也只能應用于靜態的、正北方向規整的圖像疊置中,如World Wind中的實現,而且不能避免疊置縫隙的問題。參考文獻:高等幾何(第3版),梅向明,高等教育出版社;ISBN:9787040236002;第3版(2008年4月I日),第一章(該文件中記載了由四點仿射變換計算空間映射的轉換參數的方法)。
    技術實現思路
    本專利技術的目的就是要提供,該方法能夠在保持模型獨立表達的同時實現疊置圖像的無模靈活表達。它通過為地形模型設置全球統一紋理坐標,然后在繪制時分別建立面向內部私有地形塊紋理與外部疊置紋理的一對多轉換方式,建立不同的紋理坐標轉換公式,使得統一紋理坐標能夠同時承擔兩種或多種紋理的坐標映射,實現了不需要模型的完全與地形縫合的圖像疊置。為實現此目的,本專利技術所設計的全球層次細節網格三維地形圖像疊置方法,其特征在于,它包括如下步驟: 步驟1:構造一個滿足如下條件的全球統一紋理二維坐標系統(U,v);條件I)該坐標系統在地形層級模型中,所有不同層級或同一層級不同坐標位置的模型頂點,均有不同的紋理坐標值;條件2)在地形層級模型中,所有相同坐標位置的模型頂點,無論是處于哪一層的地形塊中,都有相同的紋理坐標值;條件3)在地形層級模型中,紋理空間在其定義域內連續一致;條件4)在地形層級模型中,對所有地形塊,分配的紋理空間大小與地理空間分布大小保持線性關系;步驟2:在地形層級模型中,對每一個地形塊建模,并在建模時對模型頂點設置上述全球統一紋理坐標系統中定義的模型頂點紋理坐標;步驟3:在地形層級模型中,對上述建模后的地形塊進行繪制表達,并按如下方式將地形層級模型中頂點的全球統一紋理坐標分別換算成針對地形紋理與疊置圖像的多重紋理坐標:本文檔來自技高網
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    【技術保護點】
    一種全球層次細節網格三維地形圖像疊置方法,其特征在于,它包括如下步驟:?步驟1:構造一個滿足如下條件的全球統一紋理二維坐標系統(u,v);?條件1)該坐標系統在地形層級模型中,所有不同層級或同一層級不同坐標位置的模型頂點,均有不同的紋理坐標值;?條件2)在地形層級模型中,所有相同坐標位置的模型頂點,無論是處于哪一層的地形塊中,都有相同的紋理坐標值;?條件3)在地形層級模型中,紋理空間在其定義域內連續一致;?條件4)在地形層級模型中,對所有地形塊,分配的紋理空間大小與地理空間分布大小保持線性關系;?步驟2:在地形層級模型中,對每一個地形塊建模,并在建模時對模型頂點設置上述全球統一紋理坐標系統中定義的模型頂點紋理坐標;?步驟3:在地形層級模型中,對上述建模后的地形塊進行繪制表達,并按如下方式將地形層級模型中頂點的全球統一紋理坐標分別換算成針對地形紋理與疊置圖像的多重紋理坐標:?(u0,v0)地形紋理=f1(u,v)?(u1,v1)疊置圖像=f2(u,v)?其中,對地形紋理,由于其是規則靜態貼圖,采用給定紋理坐標轉換函數f1為:?對于疊置圖像,通過四點仿射變換的方法建立紋理轉換函數f2為:?轉換函數f1中參數M、N、W、S,按如下方式得出:?其中,mEast為地形塊按其覆蓋經、緯度范圍確定的東坐標,mWest為地形塊按其覆蓋經、緯度范圍確定的西坐標,mNorth為地形塊按其覆蓋經、緯度范圍確定的北坐標,mSouth為地形塊按其覆蓋經、緯度范圍確定的南坐標;k為確保模型頂點紋理坐標精度需要的常數值;?轉換函數f2中參數A、B、C、D、E、F為空間映射的轉換參數,該轉換參數由四點仿射變換的公知算法求得;?步驟4:通過比較的方式進行像素點紋理的圖像來源采樣,當有n個疊置圖存在于同一地形塊上的情形下,按照疊置圖的從后往前的排列順序進行有效紋理坐標判斷,其中n>=0;對每一個像素點判斷原則如下:對第n幅圖像:若其對應或表示該幅圖像沒有覆蓋到該像素點,放棄對它的采樣,繼續對第n?1幅圖進行上述判斷;否則對該幅圖進行采樣,以(U疊置圖,V疊置圖)坐標值從該圖像中獲取相應的顏色值作為該像素點的顏色值,不再對其它圖像進行坐標判斷及采樣;如果所有n幅疊置圖對應的坐標值均無效,則直接采用(U地形塊,V地形塊)紋理坐標值從地形紋理中獲取相應點的顏色值作為該像素點的顏色值,即完成了全球層次細節網格三維地形圖像疊置。?FDA00002868181300011.jpg,FDA00002868181300012.jpg,FDA00002868181300021.jpg,FDA00002868181300022.jpg,FDA00002868181300023.jpg...

    【技術特征摘要】
    1.一種全球層次細節網格三維地形圖像疊置方法,其特征在于,它包括如下步驟: 步驟1:構造一個滿足如下條件的全球統一紋理二維坐標系統(U,V); 條件I)該坐標系統在地形層級模型中,所有不同層級或同一層級不同坐標位置的模型頂點,均有不同的紋理坐標值; 條件2)在地形層級模型中,所有相同坐標位置的模型頂點,無論是處于哪一層的地形塊中,都有相同的紋理坐標值; 條件3)在地形層級模型中,紋理空間在其定義域內連續一致; 條件4)在地形層級模型中,對所有地形塊,分配的紋理空間大小與地理空間分布大小保持線性關系; 步驟2:在地形層級模型中,對每一個地形塊建模,并在建模時對模型頂點設置上述全球統一紋理坐標系統中定義的模型頂點紋理坐標; 步驟3:在地形層級模型中,對上述建模后的地形塊進行繪制表達,并按如下方式將地形層級模型中頂點的全球統一紋理坐標分別換算成針對地形紋理與疊置圖像的多重紋理坐標:2.根據權...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:韓元利黃正華董云松宋文祥陳燕平
    申請(專利權)人:中鐵第四勘察設計院集團有限公司
    類型:發明
    國別省市:湖北;42

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