一种基于屏幕的三维地图线状符号渲染方法

作为地理信息系统中的重要组成部分,矢量数据在三维GIS中发挥着重要作用,如指示地理对象、解释空间关系和丰富图面信息等。随着图形硬件的迅速发展和虚拟地理环境的广泛应用,为了在三维地图中精确、高效地绘制出具有复杂样式的线性地图符号,本文提出了一种利用OpenGL Shader Language的三维地形表面线状符号渲染方法。该方法通过对矢量数据进行编码形成纹理数据,完成矢量数据在程序与GPU间的传输;将地形单元和矢量线段间的映射关系存储在索引纹理中,用于关联线段的实时查找;通过计算当前屏幕片元与关联矢量线段的空间位置关系,判断片元所属符号的区域,进而设置片元的颜色。实验表明,本方法可在三维地形上高质量地渲染出几种典型的复杂线状符号,并能保持较好的渲染性能。     

涉密矢量数字地图中敏感要素几何信息量的测度方法

涉密矢量数字地图中敏感要素几何信息的定量测度,是实现定量化密级评定的基础和前提。如何进行敏感要素几何信息量的计算,目前尚缺乏相关研究。在现有地图信息论研究成果的基础上,论文主要开展了3方面的研究工作：首先,从地理对象的敏感性入手,探讨了地图要素敏感性的定义与要素集合的敏感性表征指标;然后,基于任意发生元的Voronoi构建方法,实现了对点要素集、线要素集、部分覆盖面要素集及综合要素集的信息单元自动化剖分;最后,基于长度系数、面积系数和角度系数,提出了线、面要素图形复杂度的计算方法,并在此基础上形成了涉密矢量数字地图中敏感几何信息量的测度方法。实验表明,该方法的计算结果遵循了信息量的非负性、连续性、可加性等特点,较为合理地反映了相关因素（地图比例尺、要素空间分布、要素图形复杂度、要素敏感系数等）对计算结果的影响。相关成果将支持矢量数字地图的定量化密级评定,并有助于完善地理信息安全监管的理论和方法体系。     

平均误差控制下的频率域矢量数据压缩方法

矢量数据压缩对于受网络带宽限制的WebGIS有着重要意义,其可减少数据存储空间,提高网络传输与处理效率。传统的矢量数据压缩方法主要从空间关系的角度出发,根据原始矢量数据点之间的距离、角度等指标,判断如何对矢量线要素或面要素进行化简,略去冗余的端点。而本文则利用已在图像压缩领域被广泛应用的变换编码的频率域压缩技术,利用能实现能量保持的离散余弦变换和特殊的量化方法,以及无损熵编码,对矢量数据实现了能控制压缩后平均误差的有损压缩。该方法无需事先根据不同的误差限值设计量化表,且能处理指定过大平均误差限值时所出现的问题,有很强的适应能力。最后,使用C#实现了该方法,并验证了方法的可靠性,完成了方法的性能测试。实验结果表明,本文提出的矢量数据压缩方法能获得较大的压缩比,且能较好地保持原始矢量数据所具有的地理形态结构特征。     

一种基于AutoLISP的地形图斜坡类要素处理程序的设计与实现

在大比例尺地形图编辑中存在大量的依比例斜坡类符号要素,包括依比例斜坡、干堤、加固岸、路堤、路堑等,该类符号是一种复合性符号,由坡顶线和坡面两部分组成,坡顶线由坡顶母线和长短齿符号组成,其中长齿长度和坡面宽度一致且垂直于坡顶母线,该符号表示复杂,编辑工作较为费时费力。利用AutoLISP语言开发斜坡类符号要素处理程序,实现符号长齿自动延伸,可大大提高该类符号编辑工作效率,提升制图表达效果。     

复杂线-线对象的拓扑关系描述与计算方法

空间拓扑关系是GIS中空间查询和分析的基础。针对当前空间拓扑关系模型在表达较复杂对象间拓扑关系存在局限性的突出问题,以线对象为实例,根据点集拓扑理论,重新定义和区分线对象的复杂性;以9I模型为基础,提出一种适合二维复杂线对象的拓扑关系的线性序列描述模型,将复杂线-线的拓扑关系表示成基本拓扑关系的组合。分析不同情形下线之间拓扑关系不同的计算方法。为实现复杂线-线拓扑关系的计算,提高扫描线算法的效率,探讨包络矩形粗滤、线节点重合或共线的斜率坐标判断法等改进方法,提出判断线-线是否相交的矢量叉乘法,具有快速高效的特点。最后,通过实验系统导入线坐标串,进行图形绘制、拓扑关系计算并输出结果,从而验证该模型和算法的可行性。     

球面线要素的多分辨率实时简化方法

在分析球面3维数据可视化特点的基础上,提出了视点相关的球面矢量数据LOD简化方法,基本原理是:以视点为基础在屏幕空间获取投影误差,反投影到模型空间得到动态简化阈值,并结合Douglas-Peucker算法,对矢量数据进行多分辨率实时简化表达.最后,开发实验系统并对相关方法进行了验证.结果表明:在不影响球面图形可视化效果下,数据量减少了约4～5倍,有效地提高了图形渲染速度和效率.     

基于ArcGIS地理国情普查图符号库设计与实现

本文论述了地图符号库制作的研究现状和优缺点,Arc GIS、Auto CAD、Corel Draw以及Font Creator制作符号库的技术方法,并对点、线、面符号制作的关键环节及在Arc GIS中实现图形符号化的方法与技巧进行了阐述,并将其技术方法应用于全国第一次地理国情普查地表覆盖和国情要素制图过程中,起到了良好的效果。     

基于GDI+的数字地图符号设计

GDI+对矢量绘制提供了很好的支持,支持无锯齿、渐变、梯度、混合、透明等各种图像效果.能够自定义线条样式,支持线头和线冒,能够设置线条拐角处的连接样式.GDI+这一系列的新特性,简化了矢量图形系统的开发,减小了地图符号系统设计的难度,提高了开发效率.本文通过对点线面符号构成的研究和分析,利用GDI+新的特性,设计出美观高效的点、线、面等地图符号.通过对比和实践得出该方法能满足一般地图制图对符号的需求,并且取得令人满意的显示效果.     

可扩展的分布式矢量空间数据库集群原型系统研究

空间数据获取手段呈现多样化,其数据集每天以PB级的速度在增长,如何高性能地存储、高效处理海量空间数据成为重点问题。基于空间数据库集群系统,提出了Geohash的矢量空间数据分片存储方法,通过该分片方法实现了空间数据的并行导入、分布式矢量空间数据查询。通过实验分析了分布式矢量空间数据库在真实数据集以及虚拟数据集下的读写性能。实验表明:考虑空间分布特征的分布式空间数据库集群在空间查询性能和并发访问性能方面具有更好的扩展性。     

面要素空间信息量的度量方法研究

 地图是空间信息的载体,地图空间信息的度量是地图信息传输理论的一个基础问题。地图空间信息主要包括地图要素的空间信息和要素分布的空间信息。地图空间信息是由要素的几何形态结构来体现,即要素的空间信息通过其几何形态特征描述。为此,本文以面要素为研究对象,提出一种以几何形态结构特征的面要素空间信息量度量方法。首先,从空间认知角度对面要素结构进行凸包分解,构建凸包树的面要素表达方法。然后,采用层次化策略,分别从结点的元素、邻域和整体三个层次来描述面要素几何形态结构,将面要素空间信息分解为几何形态信息和分布结构信息,结合面要素空间信息量的认知分析,给出了几何形态和分布结构特征的定量描述指标,并发展了基于几何形态结构特征的面要素空间信息量计算模型。最后,通过一组实验计算,进行了案例验证分析。     

一种新的ROAM算法及其在地形建模中的应用

地形建模是数字地形分析的重要基础工作。实时优化适应性网格算法（ROAM算法）是目前常用的地形建模方法。但ROAM算法应用于地形可视化实时渲染时要求原始数据为正方形,且渲染后常有裂缝产生,因而该法在地形建模实践中受到较大的限制。针对ROAM算法存在的上述不足,本文提出了基于内接正方形插值方法的改进ROAM算法。通过将多边形分割为一个内接正方形和多个边缘多边形,用多边形的一个顶点依次与其他顶点相连,使边缘多边形分割为多个三角形,并根据边缘三角形面积大小,确定是否对边缘多边形进行继续分割,由此解决数据源限定为正方形的问题,利用添加拆分点的方法消除地形渲染产生的裂缝。采用不规则地形的灰度图作为高程数据源进行地形模拟实验,结果表明：改进后的ROAM算法能够消除裂缝,且对数据源无约束性要求,降低了算法复杂度,提高了整体可视化性能,能够满足地形实时动态显示的要求。     

面向复杂城市场景的Sort-First并行绘制系统中负载平衡与性能分析

在高精度建模方法越来越丰富的背景下,三维城市场景往往具有较大的场景规模和较高的复杂性,因此,当单台计算机难以满足实时绘制的需求时,多采用更加适合超高分辨率大屏幕显示的Sort-First方式进行并行绘制。针对现有研究性能量化分析的缺乏,及自适应负载平衡方法的缺陷,本文通过Sort-First并行绘制系统的加速比模型,分析绘制节点数、显示分辨率、网络传输速度、任务划分等因素对系统性能的影响,以及将绘制时间和传输时间的和作为反馈,对现有负载平衡策略进行了改进。本文给出了系统达到最高加速比,即负载完全均衡理想情况下的一个量化的必要条件。最后,基于Sort-First的并行绘制实验验证上述分析。实验结果表明:本文的改进加强了各节点的负载平衡性,在一定程度上提高了性能。     

Topographically derived subpixel-based change detection for monitoring changes over rugged terrain Himalayas using AWiFS data

Continuous and accurate monitoring of earth surface changes over rugged terrain Himalayas is important to manage natural resources and mitigate natural hazards.Conventional techniques generally focus on per-pixel based processing and overlook the sub-pixel variations occurring especially in case of low or moderate resolution remotely sensed data.However,the existing subpixel-based change detection(SCD)models are less effective to detect the mixed pixel information at its complexity level especially over rugged terrain regions.To overcome such issues,a topographically controlled SCD model has been proposed which is an improved version of widely used per-pixel based change vector analysis(CVA)and hence,named as a subpixel-based change vector analysis(SCVA).This study has been conducted over a part of the Western Himalayas using the advanced wide-field sensor(AWiFS)and Landsat-8 datasets.To check the effectiveness of the proposed SCVA,the cross-validation of the results has been done with the existing neural network-based SCD(NN-SCD)and per-pixel based models such as fuzzybasedCVA(FCVA)andpost-classification comparison(PCC).The results have shown that SCVA offered robust performance(85.6%-86.4%)as comparedtoNN-SCD(81.6%-82.4%),PCC(79.2%-80.4%),and FCVA(81.2%-83.6%).We concluded that SCVA helps in reducing the detection of spurious pixels and improve the efficacy of generating change maps.This study is beneficial for the accurate monitoring of glacier retreat and snow cover variability over rugged terrain regions using moderate resolution remotely sensed datasets.     

矢量地图与3维地形环境融合方法研究

通过对现有3维地形环境的LOD分块方法和矢量地图的多比例尺结构的比较分析,提出了一种按照地形数据的经纬度差异与矢量地图各比例尺的经纬度差异进行比较结合的方法。该方法不仅有利于对影像栅格数据和矢量数据的调度,而且还为两种数据同时叠加在地形上打下了基础。最后通过实验,验证了这种方式的可行性。     

Spatial structure characteristics detecting of landform based on improved 3D Lacunarity model

The spatial structure characteristics of landform are the foundation of geomorphologic classification and recognition.This paper proposed a new method on quantifying spatial structure characteristics of terrain surface based on improved 3D Lacunarity model.Lacunarity curve and its numerical integration are used in this model to improve traditional classification result that different morphological types may share the close value of indexes based on global statistical analysis.Experiments at four test areas with different landform types show that improved 3D Lacunarity model can effectively distinguish different morphological types per texture analysis.Higher sensitivity in distinguishing the tiny differences of texture characteristics of terrain surface shows that the quantification method by 3D Lacu-narity model and its numerical integration presented in this paper could contribute to improving the accuracy of land-form classifications and relative studies.     

三维地形颜色渐变渲染的光滑过渡方法研究

地形颜色渐变渲染是表达地形起伏变化或其他地学要素空间分布变化趋势的常用方法。在三维地学交互分析系统中观察分析三维地学信息时,需要依据观察位置和分析区域的范围大小不停地变化视角和视距。当观察距离很近时,利用包含一定颜色数的色带渲染地形会出现明显的颜色分层现象,不能很好地表达地形颜色的光滑过渡。针对三维地学交互分析系统对地形颜色渐变渲染的操作需求和存在的问题,分析了RGB和HSL两种颜色模型的特点,顾及OpenGL的颜色平滑过渡原理,在RGB颜色空间通过对所有颜色分量进行线性插值实现了地形双色渐变渲染,在HSL颜色空间通过固定饱和度、亮度,对色相进行线性插值实现了地形多色渐变渲染,并通过加入光照计算来增强地形颜色渐变晕渲的三维立体效果。实验结果表明：本文方法能很好地兼容OpenGL的平滑着色,实现三维交互环境下任意距离观察地形均能保持颜色之间光滑渐进过渡,达到更为光滑的地形颜色渐变渲染效果。     

一种基于面积对称模型的土地利用/覆被真伪变化图斑检测方法

不同时相土地利用/覆被数据间的空间配准误差,是产生土地利用/覆被伪变化图斑的一个主要原因。本文从土地利用/覆被原始图斑与其相邻的变化图斑间的空间关系角度,提出了由同一原始图斑产生的土地利用/覆被伪变化图斑的面积对称理论,设计和实现了针对因空间配准误差而导致的土地利用/覆被伪变化图斑自动化检测模型,并以内蒙古自治区通辽市奈曼旗1980年和2000年两期土地利用/覆被图对该模型进行了实验模拟。结果表明：当两期数据的空间配准误差不超过原始影像1个像元时,总体检测精度达到90%以上;误差不超过5个像元时,总体检测精度达到80%以上;误差不超过原始影像10个像元时,总体检测精度达到70％以上。同时,由于运行时唯一需设定的面积对称系数阈值可设为0.2-0.4（默认设为0.3）,该检测模型可适用于由空间配准误差引起的伪变化图斑的自动检查,可满足由于空间配准误差所引起土地利用/覆被伪变化图斑剔除的需求。     

基于灰度共生矩阵的DEM地形纹理特征量化研究

 DEM的地形纹理以其表达地形表面的纯粹性与分析数据的可派生性受到越来越多关注。本文选取陕西省10个不同地貌类型区的25m分辨率DEM数据,引入空间灰度共生矩阵(GLCM)对地形表面纹理特征进行定量分析。研究表明,25m分辨率DEM数据的GLCM模型适宜分析间距是大于等于3个栅格大小。各纹理参数中,相关度可用于地形纹理的方向性量化;方差、差的方差、对比度可用于对地形纹理的周期性分析;熵、二阶角矩、逆差矩可用于对地形纹理的复杂性分析。在DEM及其派生数据中,光照模拟数据计算的各纹理参数的平均变异系数最高,表明光照模拟数据最适合于地形纹理特征的量化研究。同时本文提出了一种多参数综合的地形纹理量化方法,通过运用综合周期性和综合复杂性两个指标对不同地形区量化分析,结果表明,这两个指标对不同地形形态响应显著,可用于地形形态分类与识别研究。     

基于等高线空间关系的鞍部点提取方法

鞍部点是反映地表形态起伏变化的重要地形特征点之一,准确地提取鞍部点有利于地形的空间关系和结构特征分析。现有的鞍部点提取方法通常是直接基于规则格网DEM数据,无法顾及鞍部点与周围地形的空间拓扑关系和复杂地形对其的影响,不仅产生大量的伪鞍部点,而且忽略一些关键地区的鞍部点。本文根据鞍部点的地形形态特征,设计了一种基于等高线数据的鞍部点提取算法。该算法利用等高线闭合的特征,将等高线按照一定规则转成等高面数据,再利用等高面之间的相邻拓扑关系实现递归查找并自动提取鞍部点。实验结果显示:①鞍部点的数量和位置与等高距的大小显著相关,在一定尺度范围内,等高距越小,提取出鞍部点越多,位置精度也逐渐提高;②与基于规则格网DEM数据提取方法相比,该方法能更有效的过滤大量伪鞍部点,提高了鞍部点的提取精度,同时也降低了鞍部点提取算法的复杂度;与基于等高线的增量缓冲方法(Incremental Buffering Algorithm)相比,本文的方法能有效提高鞍部点提取的完整性,更适用于本文DEM的尺度即5 m DEM数据。