二维矢量线符号在三维地形表面的贴合渲染方法

二维矢量符号是二维地图的重要组成部分。如何将二维矢量符号准确地贴合渲染在三维地形模型表面是地理信息科学的研究热点之一。针对线状矢量要素（简单线和周期线）中现有方法存在的周期线周期分布不均、渲染精度低、性能受地形模型复杂度影响大、矢量要素与地表贴合不紧密等问题,本文提出了一种基于屏幕像素进行投影反算的渲染方法,以及基于地表延伸长度的周期判断方法。该方法通过预处理计算线要素贴合在地表的真实长度,并将线要素按其实际宽度进行面域化处理;实时计算每个屏幕像素在二维矢量平面内的覆盖范围,通过该范围与矢量面域的位置关系筛选位于其内部的像素;进一步通过线的实际长度进行周期判断以确定像素色彩值。整个过程通过CPU-GPU并行异构计算模型实现,提高了场景交互性能。实验表明,本方法具有周期分布均匀、渲染精度高、贴合结果真实准确和性能不受地形模型影响等优点。     

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。     

浅谈数字线划地形图的三维表达

本文主要讲述了三维数字线划地形图的表达。在地物、地形的表达方面重点突出三维数字地形图特点,以空间三维实体符号反映出现实世界的地物。将这些现实存在的地物符号进行分类,地形的表达可通过对实地测得的地形数据进行处理,生成格网状的DEM,并最终给出一个测区示例,绘制了综合数字三维地形图。     

城市道路网的多尺度连续变换方法

本文提出了一种多比例尺道路网的连续变换方法,旨在解决在信息化大地图环境下城市道路网的多尺度连续表达需求。该方法首先对2种比例尺的道路网数据进行拓扑重建预处理,然后利用概率松弛匹配方法识别二者的要素对应关系。根据要素对应表,将2种比例尺道路要素分为1:1对应线状要素、1:0单独线状要素和M:N复杂线状要素3种情况：（1）对于1:1对应线状要素,本文采用简单线性Morphing变换方法;(2)对于1:0单独线状要素,首先对道路要素的直角特征进行识别,并定义直角及其前后一定范围内的线段为直角子线段,在此基础上,利用Douglas-Peucker算法将分割后的道路要素进一步分割,然后将直角子线段的起点和终点作为断点切割原道路要素,以顶点连续移位的方式实现连续综合变换;(3)对于M:N复杂线状要素,采用渲染颜色逐渐淡出的方法进行连续表达。最后,将3种情况的连续变换结果进行叠加组合。实验结果表明,本文方法能够获得良好的多尺度连续表达效果。     

“分形-视距”（FVD）多分辨率纹理生成及组织方法

纹理数据是三维建筑模型中的重要组成部分,通常会消耗大量的内存,导致模型较难实现流畅稳定的动态可视化。针对这个问题,本文提出了一种面向三维模型可视化的“分形-视距”（FVD）多分辨率纹理生成及纹理组织方法。该方法首先利用分形对纹理进行压缩并将其存入纹理数据库,然后按照视距及目标立面的可见性情况创建和组织对应纹理：当视距符合纹理调用条件且目标立面可见时,根据不同视距,执行多分辨率纹理创建,按照各类三维模型数据间的属性关系建立索引,存入关系数据库;当视距不符合纹理调用条件但该立面又可见时,利用纹理分割算法创建颜色纹理树,将节点合并表示立面纹理。最后根据变化的视角和距离调用相应纹理,实现三维模型的动态流畅可视化。本文选择山东省济南市历下区作为研究区域,使用的纹理数据共5290幅。实验结果表明,与3ds Max、SketchUp Pro相比,本文提出的方法减少内存占用分别约为36.5%和49.1%,帧速率提高约7%和10.9%,极大地提高了大场景三维模型可视化的渲染效率和速率。本文提出的方法在三维建筑模型渲染效率和视觉质量之间取得了很好的平衡,这一问题的改善将为建立智慧城市提供快速有效的科学支撑。     

可编辑复杂线状符号库的设计与实现

针对GDI+绘制复杂线状符号存在符号不可编辑与遮挡等问题,设计了一种可编辑的复杂线状符号的组织方法,该方法将复杂线状符号分解为实线、虚线和点线三种基本单元,进而设计了基于这三种基本单元的复杂线状符号参数描述方法,解决了GDI+绘制复杂线状符号存在符号不可编辑与遮挡等问题。采用C#实现了可编辑线状符号库的设计与开发,建立了1:10 000地形图符号库。最后,对本文方法与GDI+方法的绘制效率进行了比较试验。试验表明本文方法不仅解决了GDI+绘制复杂线状符号存在符号不可编辑与遮挡等问题,并且绘制效率也明显优于GDI+方法。     

CALPUFF模型模拟结果的时空多维可视化表达

大气污染扩散模型数值模拟结果的时空多维可视化表达,能有效展示大气污染扩散空间分布,为快速高效辅助后期污染分析与应急决策提供重要的参考。CALPUFF模型能高效模拟污染物在大气环境中时空变化的扩散过程,而现有大气污染扩散模型模拟结果可视化表达普遍存在不能有效集成地理信息、缺失部分重要维度特征等问题。论文首先分析了CALPUFF模型,及其与组件式GIS紧密集成的技术方案,为模型模拟结果与地理信息集成提供了技术支持。然后,基于CALPUFF模型的数值计算模拟结果,详细研究了风场数据预处理及其矢量绘制方法,浓度场的数据预处理及其栅格渲染方法。在三维地形场景下,探究了大气污染物的时空扩散模拟可视化表达方法,给出了CALPUFF模型模拟结果与三维地形场景的集成表达策略。最后,通过组件式GIS,构建了福州市三维地形场景,以大气污染CALPUFF扩散模拟结果为例,在WPF系统框架下,实现了风场和浓度场的时空动态模拟和空间层级多维可视化表达。实验结果表明,本文所采用的时空可视化技术方案能将CALPUFF模型模拟结果,有效集成三维地形场景,实现模型模拟结果在时间维度上动态扩散和在空间维度上的层级分布,可为大气污染模拟结果的时空多维可视化提供参考。     

古遗址区形迹特征的影像融合信息识别分析——以陕西省五陵原遗址为例

本研究以陕西省汉五陵原为研究区域,基于高分辨率影像(DOM航片)、多光谱影像(ALOS多光谱影像)和Quickbird融合影像数据,对五陵原遗址区结构性线状特征信息进行了提取。结果表明:融合后使影像隐含的空间纹理得到明显增强。用Gram-Schmidt方法的DOM和ALOS多光谱+NDVI融合影像,清晰地反映了遗址区的结构性线状特征;而Canny算法的边缘检测,能很好地提取遗址区显性和大量隐性的线状特征,对古遗迹的解译具有重要指示意义。     

综合局部莫兰指数和PageRank算法的网络空间资源节点隐喻可视化表达

可视化是一种非常有效的网络空间资源分析方式,通过借助点线面、符号、地形等形象映射抽象数据,可以更好地管理、维护和优化网络空间。考虑到网络空间资源节点在网络中的空间相关性和重要性,本文借助隐喻地图思想,将网络空间中资源节点视为本体,传统地理空间中山峰和等高线作为喻体进行可视化表达。首先,通过节点之间的拓扑关系构建空间权重矩阵和转移矩阵,以此计算出节点的局部莫兰指数和PageRank值。为了更全面地综合考虑节点在局部和全局范围内的空间相关性和重要性,使局部莫兰指数进行标准化处理与PageRank值达到相同的取值范围后将二者结合得到综合评价指标（PI值）;然后,将网络空间资源节点根据FR算法围绕重要程度最高的节点进行布局,通过PI值赋予节点高度值和大小;最后,借助隐喻地图的思进行可视化表达。实验数据表明,相较于传统的节点评价方法,该方法将用于衡量地理空间数据中是否存在空间聚集现象的莫兰指数引入到网络空间,可以突出节点中属性值较高并且与其相连节点属性值也高的节点;同时,基于隐喻地图思想进行可视化表达可以直观表现出节点在网络空间中的所处地位以及与其他节点间的相互关系,并且在针对格式化数据进行渲染...     

随机森林方法支持的复杂地形区土地利用/土地覆被分类研究

随机森林方法目前已经成为遥感分类机器学习中一种有效方法,探索基于中等分辨率的Landsat卫星数据与随机森林方法相结合对复杂地形区长时间序列数据的获取及土地利用/土地覆被变化及模拟研究是非常有意义的。本文基于Landsat8OLI卫星多光谱数据,采用随机森林分类方法对青海省湟水流域复杂地形区土地利用类型进行了分类研究。针对复杂地形区域的情况,将研究区进行地理分区,根据每个分区的特点,选择相应的地形特征参数,并通过提取Landsat 8数据的光谱信息与纹理信息构建最优特征集,探索随机森林方法在复杂地形区土地利用分类的适用性。结果表明：使用Landsat8OLI数据进行随机森林分类,能较好地得到湟水流域复杂地形区域的土地利用类型结果;光谱、地形及纹理信息的结合在不同分区的表现结果不同。在脑山区光谱与地形信息结合能使随机森林分类效果最佳,总体精度达到91.33%,Kappa系数为0.886;而在浅山区与川水区综合考虑光谱、地形、纹理信息进行随机森林分类效果最佳,浅山区与川水区总体精度分别达到92.09%和87.85%,Kappa系数分别为0.902和0.859;利用随机森林算法进行优化选择纹理特征组合可以在保证分类精度的同时能够快速地提取土地利用类型信息,为复杂地形区土地利用类型的区分提供了实际可行的方法。     

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。     

基于Erdas和DirectX平台的三维景观建模与应用

三维GIS已成为当前地理信息系统研究的一个热点,而高分辨率卫星图像则是建设三维GIS的重要数据源。本文以IKONOS卫星图像立体像对为数据源,利用数字摄影测量的方法,开展目标地区的三维可视化信息提取,包括DEM生成、正射影像图制作,以及地面建筑物的三维信息和纹理图像的提取,然后,探讨应用ERDAS IMAGINE和3ds Max软件进行混合建模的技术方法,达到优势互补,完成地面建筑物的模型构建。最后,基于VC++6.0平台,结合DirectX软件开发包,综合利用多种技术自主开发构建目标地区的三维虚拟景观,实现地形地貌景观的浏览;进一步通过构建粒子系统对研究区冷却塔的烟雾效果进行模拟,通过加入生产环境和设施的各种影响因子模拟烟雾的变化,推理特定目标的生产活动状况,为项目的决策提供三维分析支持。     

基于OpenGL技术的多幅电子地图数据快速组织与表达

电子地图符号化的质量和绘制速度一直是地图工作者关注的重点。目前,地图符号化的质量基本能满足各类用户的需求,但是,电子地图绘制速度较慢的问题,特别是在涉及较大数据量的多幅电子地图显示时,系统响应用户操作时间比较长,影响用户操作体验。本研究分析比较了GDI与OpenGL的特点,提出使用OpenGL相关技术实现地图要素的符号化方法,并用内存池技术和共享显示列表的多线程调度技术实现多幅电子地图数据的快速组织与表达。实验表明,利用文中的方法能够实现地图点、线、面要素的符号化,并在地图数据的漫游、缩放操作的屏幕绘制速度基本保持在17帧/s以上,表明利用本文的方法和技术提高了系统的显示速度,保证了用户与电子地图良好的交互效果。     

数字制图中地图符号的标准化研究

随着地理信息技术和数字技术的发展,电子地图的制作日益简便,应用日益普及,数字化网络化传播日益广泛,故此,电子地图符号的规范化、标准化势在必行,以保证地理信息感知和认知的一致性和准确性。在传统纸张地图图式规范的基础上,本项研究参照国际类似的标准文本,电子地图符号体系和符号实体应当适应数字技术和视觉环境的变化,进行合理的改进,原则上继承纸张地图符号的内容分类体系和形状分类体系,延续长期以来形成的纸张地图阅读的地理信息传输与读者认同的惯性。在深入审视符号视觉变量及符号视屏显示的复杂特征之后,提出对基本符号实体内容适当简化、对符号色彩、图元组合关系适当调整的实验方案,在通用地理信息系统软件平台上制作了基本地理底图的符号库标准草案,通过相关地图项目进行了大量的效果对比试验,并多次征求同行意见进行了补充、修改和完善,并在“中国空间信息网”网站上发布。     

基于OpenGL的三维地形实时动态交互显示

地形是自然界的复杂形体,地形三维显示技术是地理信息系统(GIS)的重要研究领域及其组成部分。同时,地形的三维实时显示也是虚拟现实(VR)的一项关键技术,而虚拟地形环境面临的是巨量地形数据和地面特征数据。利用这些地理空间数据建立一个逼真、实时、可交互的地形环境是一项复杂的工作。本文介绍了OpenGL的特点及OpenGL图形绘制的基本技术在OpenGL环境下,三维地形实时绘制显示的机制及一般过程。探讨了OpenGL立体图形动态显示的两种主要方式,即:视点固定目标移动和目标固定视点移动。同时给出了具体的绘制实例。     

基于GPU的全球地形数据加速绘制技术研究

在对基于GPU大规模地形数据快速绘制方法的研究基础上,针对GPU的批量绘制的特点,提出了改进的几何体实例化方法,把它用在全球格网的快速绘制上。把地形数据通过重新编码存储在高度图中,再结合Shader Model 3.0引入的顶点纹理拾取技术,在GPU中进行解码,得到原始的DEM数据,避免了在CPU上执行顶点缓存的更新。实验证明该算法充分利用了新一代GPU的特性,降低了CPU的负担,能达到实时绘制的要求。     

等高线自动提取结构线方法与问题处理

结构线是地貌形态的骨架线,是描述地貌形态时的控制线,它在地图制图综合、遥感数字图像处理和扩充GIS 系统的应用功能上均有重要的意义。文中给出了从等高线数据中确定特征点的算法,并对整个图幅内全部特征点的确定方法进行了改进:以整体分析与局部分析相结合,根据局部地形特征的不同,使用不同的阈值分区确定特征点。然后通过建立数学模型匹配特征点生成结构线。为了提高结构线的应用潜力,在生成结构线的同时提取了结构线的分级信息,并将生成的结构线按树结构组织存储。实验结果表明该方法对任何特征的地形等高线数据均适用, 而且最后生成的结构线具有较好的完整性和较高的精确性。     

逆向热力图的绘制方法

热力图是对数据的一种直观的表示方法,在空间大数据挖掘和知识发现的研究中具有良好的展示效果。本文研究了一种逆向渲染流程绘制热力图的方法,提出了将渲染器像素映射的地理空间作为计算分析的空间粒度,解决了热力图影响力叠加规则依赖于渲染器机制的缺点。逆向渲染热力图方法使用地理距离与绘制像素结合计算得到分析点缓冲区半径系数和影响力参数,以此来减弱在不同的地图尺度下热力图的形变程度。采用Kapur多级分割算法自动探测图像阈值得到色彩梯度,优化了热力效应的分级展示,在视觉效果上数据特征更加美观清晰。本文通过一组实验进行了验证,数据是由北京市交通委提供的公交IC刷卡记录,提取了其中某一时间段的刷卡数据作为样本,在相同的实验条件下,分别使用基于开源的Leaflet在线地图和Canvas渲染技术2种绘制热力图渲染方法,得到可视化结果后对比分析。在相同的实验条件下,逆向渲染热力图的可视化效果更符合现代的多尺度电子地图需求,更适用于地理空间POI点空间特征可视化。     

基于MapObjects的旅游GIS开发应用——以圆明园为例

旅游信息系统的出现为旅游业繁杂的数据管理,多元成果展示和空间数据分析提供了最为快捷、方便和准确的方法和手段。本文以圆明园风景区为例,以组件式地理信息系统软件为基础平台,在分析MO特点和应用的基础上,论述了利用MO控件设计和开发旅游地理信息系统的方法并结合VB语言定制开发了圆明园旅游信息系统。该系统是在专业GIS工具系统的功能支持下,结合旅游部门空间信息管理、分析和决策的实际需要,探索传统旅游信息发布管理方式与GIS技术进一步结合的关键技术问题,开发了地图漫游,属性查询、统计分析,公共信息检索、园区管理等实用性功能,为实现旅游信息的多源、实时、动态、形象管理提供了快速有效的技术途径。