CN101814094A

CN101814094A - 基于空间实体视图模型的空间实体的选取方法

Info

Publication number: CN101814094A
Application number: CN201010144131A
Authority: CN
Inventors: 董福田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-01-07
Filing date: 2010-03-21
Publication date: 2010-08-25

Abstract

本发明提供了一种基于空间实体视图模型的空间实体的选取方法，利用空间实体视图模型对空间实体的显示过程进行模拟，从中分析空间实体之间的遮挡情况，没有被其它空间实体遮挡的空间实体就是有效空间实体，进而将所有的有效空间实体进行传输和显示。本发明的有益效果主要体现在：不需要将所有的空间实体进行传输和显示，提高了空间实体的传输效率和显示效率。

Description

基于空间实体视图模型的空间实体的选取方法

技术领域

本发明涉及一种基于空间实体视图模型的空间实体的选取方法，属于空间信息技术、计算机图形学、虚拟现实技术和计算机操作系统等领域。

背景技术

随着空间信息技术的快速发展，获取的高分辨率、高精度的空间数据呈爆炸式增长，但随之产生了一系列的问题需要解决，特别突出的是高精细地图的海量空间数据的实时快速传输和显示的问题。但以视图显示的角度来研究空间数据，会发现无论空间数据的数据量有多大，用于视图显示所需要的最大数据量是恒定的。因为视图窗口能显示的像素总数是有限的，无论空间数据的量有多大，我们能够看到的像素是确定的，先绘制的空间实体，如果被后绘制的空间实体完全覆盖，从视图显示的角度来看把先绘制的空间实体从数据服务器上读过来是没有意义的。因此从视图的角度，在视图固定的情况下，无论多海量、多精细的空间数据，用于视图窗口显示所需要的最大有效空间数据是恒定的，就是用于填充完视图窗口的全部像素所需的空间数据。

我们将对视图窗口中的像素绘制后能被显示出来的空间实体称为有效空间实体。因此，有必要设计一种预处理方式，事先将有效空间实体选出后再将这些有效空间实体传输至客户端显示。

空间实体主要表达方式是通过电子地图来展示的，电子地图是将空间实体通过一定的硬件和软件在电子屏幕上显示的可视地图，是空间实体在电子屏幕上符号化显示的过程。给空间实体赋予的用于在电子地图上显示的属性和图示化信息，称之为要素。点实体对应点要素，线实体对应线要素，面实体对应面要素。其中空间实体的图示化信息，点要素的图示信息一般包括：点的符号类型，符号大小，符号颜色；线的图示信息包括：线状符号的类型，线状符号的宽度，线状符号的颜色；面的图示信息包括：面的填充类型(如是否透明)，面符号的类型，面的填充颜色。有的空间实体本身记录空间实体的图示化信息，有的是在电子地图显示时，按照图层，给同一类空间实体设置统一的图示信息。

发明内容

本发明的目的在于解决上述的技术问题，提供一种以空间实体视图模型为基础来预先选取有效空间实体的方法。

本发明基于如下原理：从视图的角度，在视图固定的情况下，无论多海量、多精细的空间数据，用于最终传输或显示所需要的最大有效空间数据是恒定的，即用于填充完视图窗口的全部像素所需的有效空间实体是恒定的。

具体来说，空间实体的显示过程一般是：首先通过空间数据索引将符合给定空间条件的空间实体取出来经过传输介质传给空间实体使用者(客户端)；然后对空间实体的空间数据进行一系列的几何变换和处理之后，变换为二维图像上的坐标点；根据显示参数，空间实体最终通过绘图算法栅格化成图像像素，绘制成一幅二维栅格图像，在屏幕上显示或输出(如计算机屏幕显示、在纸上打印输出及生成图像文件输出等)，其中空间实体的绘制，最终被绘图算法归结为对一个个像素的操作，因此本发明就是利用空间实体视图模型(简称“模型”)对空间实体的显示过程进行模拟，从中分析空间实体之间的遮挡情况，根据空间实体之间的遮挡情况预先选出有效空间实体进行传输。

按有效空间实体选取的目的不同，可分为客户端和服务器端选取有效空间实体：1、在客户端只选取有效空间实体，可以提高显示效率。2、在服务器端只选取有效空间实体，然后传输到客户端，则可以提高传输效率，减少客户端的等待时间。无论是在客户端，还是在服务器端，选取有效空间实体的方法是相同的。

基于空间实体视图模型(简称“模型”)来选取有效空间实体，按只选取有效空间实体的目的不同，流程分别如下：

1、服务器端选取有效空间实体的流程为：(1)客户端将其视图窗口的外包矩形、查询空间实体的矩形范围和视图模式等参数传给服务器端并请求所需空间数据。(2)服务器端根据客户端的请求查询出所需空间数据，然后通过所述“模型”选取有效空间实体。(3)将有效空间实体传输至客户端。

2、客户端选取有效空间实体的流程为：(1)根据查询空间实体的矩形范围查询出所需空间数据，然后通过所述“模型”选取有效空间实体。(2)客户端将有效空间实体直接显示或进行进一步的处理，例如进一步化简等等。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种基于空间实体视图模型的空间实体的选取方法，按顺序包括如下步骤：

1、初始化空间实体视图模型；

2、基于空间实体视图模型，分析空间实体之间的遮挡情况；

3、根据空间实体之间的遮挡情况，选定有效空间实体。

进一步地，步骤1初始化空间实体视图模型：通过“模型”的初始化模块给“模型”的栅格数据赋初始值和给“模型”的控制参数赋值。

其中包括：

将客户端的视图模式赋值给“模型”的视图模式，视图模式包括二维视图模式和三维视图模式；将客户端的视图窗口的外包矩形赋值给“模型”视图窗口的外包矩形；根据视图窗口的外包矩形给模型分配栅格数据，并给分配的栅格数据赋初始值；

如果视图模式是二维视图模式：

a)将客户端查询空间实体的矩形范围赋值给“模型”的查询空间实体的矩形范围；

b)计算出实际显示的视图窗口中空间实体的放大比例，计算方法是：“模型”视图窗口的外包矩形的宽度除以“模型”的查询空间实体的矩形的宽度所得的值和“模型”视图窗口的外包矩形的高度除以“模型”的查询空间实体的矩形的高度所得的值中较小的作为放大比例，将此放大比例赋值给“模型”视图中空间实体的放大比例，它表示空间实体在视图窗口中显示的大小。

如果视图模式是三维视图模式：

a)给视点参数赋值，视点参数包括：1)视点在世界坐标系中的位置O(x_o，y_o，z_o)，x_o，y_o，z_o表示视点在世界坐标系中的三个分量；2)视点所观察的目标位置A(x_a，y_a，z_a)；3)虚拟照相机向上的向量up(x_up，y_up，z_up)。通过视点参数可以确定一个变换矩阵，将世界坐标系中的顶点坐标变换到视点坐标系下；

b)给投影参数赋值，投影参数包括正交投影和透视投影；根据视图窗口的外包矩形和投影参数确定视景体，视图窗口的外包矩形决定视景体的大小，投影参数决定视景体的形状，如果投影参数为正交投影，则视景体为成直角的平行六面体，如果投影参数为透视投影，则视景体为一个棱锥的平截台体(棱台)。当空间实体从世界坐标变换到视点坐标以后，空间实体在视景体内的，经过投影将落在视图内而被显示；空间实体在视景体外的，则被裁剪掉；在基于深度的显示操作中，用视景体裁剪掉在前裁剪面之前以及在后裁剪面之后的空间实体，因此根据具体情况，有的还需要设置视景体的视角、近裁剪面到视点的距离和远裁剪面到视点的距离等参数。

进一步地，步骤2的空间实体之间的遮挡分析包括如下步骤：

2-1)如果客户端的视图为二维视图模式，则判断空间实体的绘制顺序，然后按照空间实体绘制顺序的逆序对空间实体进行排序；如果客户端的视图为三维视图模式，则按照空间实体的深度由小到大的顺序对空间实体进行深度排序(depth sort)；

2-2)按顺序提取一个空间实体，然后通过“模型”的坐标转换模块，将空间实体的原始坐标系下的原始坐标点变换为“模型”视图窗口坐标系下的坐标点；

2-3)用空间实体的绘图方法，通过“模型”来模拟空间实体在实际视图窗口绘图的方式，来分析所述空间实体所要在“模型”的视图窗口绘制的像素是否已经被其它的空间实体所遮挡：

(1)当所述空间实体所要绘制的像素中，所有像素的值都等于1，则所述空间实体已被其它空间实体完全遮挡；

(2)当所述空间实体所要绘制的部分像素的值等于1，则所述空间实体被其它空间实体部分遮挡；

(3)当所述空间实体所要绘制的所有像素的值都等于0，则所述空间实体未被其它空间实体遮挡；

2-4)经过上述的空间实体的遮挡分析，除非要求空间实体不能相互遮挡(如电子地图显示时，要求点要素不能相互压盖)，否则只要空间实体没有被完全遮挡，就是有效空间实体，若判定所述空间实体为有效空间实体，则将所述空间实体所有要绘制的像素值都设为1；

2-5)对其他选出的空间实体重复2-2至2-4步骤，直到所有待处理的空间实体都处理完或者“模型”的视图窗口中的所有像素都被绘制完为止。

本发明的有益效果主要体现在：大大提高了空间实体的传输效率和显示效率。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明基于空间实体视图模型的空间实体的选取方法的流程示意图。

图2：本发明空间实体之间的遮挡分析的流程示意图。

具体实施方式

本发明基于一种空间实体视图模型，简单来说，即空间实体视图模型能模拟实际的视图窗口环境，预先对空间实体进行分析和选取，进而仅选取有效空间数据进而传输至实际视图窗口。其空间实体视图模型至少包括：

(1)数据结构：栅格数据结构，模型中用栅格数据来表示二维栅格图像，把视图窗口平面划分成均匀的网格，每个网格单元称为像素，栅格数据结构就是像素阵列，栅格中的每个像素是栅格数据中最基本的信息存储单元，其坐标位置可以用行号和列号确定。由于栅格数据是按一定规则排列的，所以表示的实体位置关系是隐含在行号、列号之中的。每个像素值用于代表空间实体的属性或属性的编码。

(2)模型的控制参数(约束条件)：包括视图模式，视图窗口的外包矩形(像素坐标)，视图中空间实体的放大比例，查询空间实体的矩形范围，视点参数，投影参数。

(3)模型的控制模块：至少包括初始化模块，用于给“模型”的栅格数据赋初始值和给“模型”的控制参数赋值；坐标变换模块，用于将空间数据的原始坐标系下的坐标点根据“模型”的控制参数变换为视图窗口坐标系下的坐标点；像素操作模块，用于给像素赋值(栅格化)、读取和判定像素值。

如图1所示，本发明的基于空间实体视图模型的空间实体的选取方法在执行前必须首先用客户端的视图模式和视图窗口的外包矩形等参数来初始化所述的空间实体视图模型，即具体包括：将客户端的视图模式赋值给“模型”的视图模式，视图模式包括二维视图模式和三维视图模式；将客户端的视图窗口的外包矩形赋值给“模型”视图窗口的外包矩形；根据视图窗口的外包矩形给模型分配栅格数据，并给分配的栅格数据赋初始值0；

如果视图模式是二维视图模式：

如果视图模式是三维视图模式：

当完成上述空间实体视图模型初始化步骤后，接着按顺序完成下述步骤：

1、基于“模型”，分析空间实体之间的遮挡情况。

2、根据空间实体之间的遮挡情况，选定有效空间实体。

其中，第1步骤的空间实体之间的遮挡分析步骤具体如图2所示，包括如下步骤：

1)如果客户端的视图为二维视图模式，则判断空间实体的绘制顺序，然后按照空间实体绘制顺序的逆序对空间实体进行排序；如果客户端的视图为三维视图模式，则按照空间实体的深度由小到大的顺序对空间实体进行深度排序(depth sort)；

2)按顺序提取一个空间实体，然后通过“模型”的坐标转换模块，将空间实体的原始坐标系下的原始坐标点变换为“模型”视图窗口坐标系下的坐标点；

3)用空间实体的绘图方法，通过“模型”来模拟空间实体在实际视图窗口绘图的方式，来分析所述空间实体所要在“模型”的视图窗口绘制的像素是否已经被其它的空间实体所遮挡；

4)经过上述的空间实体的遮挡分析，除非要求空间实体不能相互遮挡(如电子地图显示时，要求点要素不能相互压盖)，否则只要空间实体没有被完全遮挡，就是有效空间实体，若判定所述空间实体为有效空间实体，则将所述空间实体所有要绘制的像素值都设为1；

5)对其他选出的空间实体重复步骤2至4，直到所有待处理的空间实体都处理完或者“模型”的视图窗口中的所有像素都被绘制完为止。

其中，空间实体的绘图方法的进一步说明：

空间实体在视图窗口中的绘图是通过绘图算法将空间实体的空间数据转化为对视图窗口中的一系列的像素操作完成的，如线段的绘图算法Bresenham算法。因此本发明用空间实体的绘图算法，通过“模型”来模拟空间实体在实际视图窗口绘图的方式，来分析所述空间实体所要在“模型”的视图窗口绘制的像素是否已经被其它的空间实体所遮挡。在用空间实体的绘图算法，通过“模型”来模拟绘图时，如果空间实体有图示化信息，在分析和绘图时要考虑图示化信息，如面实体的图示化信息为透明或半透明，若此面实体为有效空间实体，但此面实体所有要绘制的像素值不进行赋值为1的操作。此与现有技术的绘图算法基本一致，因此在此不再赘述。

本发明尚有多种具体的实施方式。凡采用等同替换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims

1.一种基于空间实体视图模型的空间实体的选取方法，其特征在于：按顺序包括如下步骤，

1)初始化所述空间实体视图模型；

2)基于所述空间实体视图模型，分析空间实体之间的遮挡情况；

3)根据空间实体之间的遮挡情况，选定有效空间实体。

2.根据权利要求1所述的基于空间实体视图模型的空间实体的选取方法，其特征在于：所述空间实体视图模型至少包括栅格数据结构、模型的控制参数以及模型的控制模块；

所述栅格数据结构为像素阵列，所述像素为视图窗口平面划分成的均匀网格单元，所述像素是栅格数据中最基本的信息存储单元，其坐标位置用行号和列号确定；

所述模型的控制参数至少包括视图模式，视图窗口的外包矩形；所述视图模式包括二维视图模式和三维视图模式，当模型的视图为二维视图模式时，所述控制参数至少还包括查询空间实体的矩形范围和视图中空间实体的放大比例；当模型的视图为三维视图模式时，所述控制参数至少还包括视点参数和投影参数；

所述模型的控制模块包括初始化模块，用于给模型的栅格数据赋初始值和给模型的控制参数赋值；坐标变换模块，用于将空间数据的原始坐标系下的坐标点根据模型的控制参数变换为视图窗口坐标系下的坐标点；像素操作模块，用于给模型的像素赋值，以及读取和判定像素值。

3.根据权利要求1所述的基于空间实体视图模型的空间实体的选取方法，其特征在于：所述空间实体视图模型设置于服务器端，所述有效空间实体的选定流程为：(1)客户端将其视图窗口的外包矩形、查询空间实体的矩形范围和视图模式参数传给服务器端并请求所需空间数据；(2)服务器端根据客户端的请求查询出所需空间数据，然后通过所述空间实体视图模型选取有效空间实体；(3)将有效空间实体通过传输介质传输至客户端。

4.根据权利要求1所述的基于空间实体视图模型的空间实体的选取方法，其特征在于：所述空间实体视图模型设置于客户端，所述有效空间实体的选定流程为：(1)根据查询空间实体的矩形范围查询出所需空间数据，然后通过所述空间实体视图模型选取有效空间实体；(2)客户端将有效空间实体直接显示或进行进一步的处理。

5.根据权利要求1所述的基于空间实体视图模型的空间实体的选取方法，其特征在于：所述步骤1初始化空间实体视图模型包括，

(1)给视图模式赋值为二维视图模式；

(2)给显示空间实体视图窗口范围的视图窗口外包矩形赋值；

(3)根据视图窗口的外包矩形给模型分配栅格数据；

(4)给分配的栅格数据赋初始值；

(5)给查询空间实体的矩形范围赋值，用于将此范围内的空间实体显示在视图窗口中；

(6)给视图中空间实体的放大比例赋值。

6.根据权利要求1所述的基于空间实体视图模型的空间实体的选取方法，其特征在于：所述步骤1初始化空间实体视图模型包括，

(1)给视图模式赋值为三维视图模式；

(2)给显示空间实体视图窗口范围的视图窗口外包矩形赋值；

(3)根据视图窗口的外包矩形给模型分配栅格数据；

(4)给分配的栅格数据赋初始值；

(5)给视点参数赋值，用于将世界坐标系中的顶点坐标变换到视点坐标系下；

(6)给投影参数赋值，并根据视图窗口的外包矩形和投影参数确定视景体。

7.根据权利要求1所述的基于空间实体视图模型的空间实体的选取方法，其特征在于：所述步骤2分析空间实体之间的遮挡情况，包括如下步骤：

1)对空间实体进行排序；

3)用空间实体的绘图方法，通过所述空间实体视图模型来模拟空间实体在实际视图窗口绘图的方式，进而来分析所述空间实体所要在所述空间实体视图模型的视图窗口绘制的像素是否已经被其它的空间实体所遮挡；

4)根据空间实体之间的遮挡情况，选定有效空间实体，若判定所述空间实体为有效空间实体，则将所述空间实体所有要绘制的像素值都设为1；

5)对其他选出的空间实体重复步骤2至4，直到所有待处理的空间实体都处理完或者所述空间实体视图模型的视图窗口中的所有像素都被绘制完为止。

8.根据权利要求7所述的基于空间实体视图模型的空间实体的选取方法，其特征在于：如果客户端的视图为二维视图模式，则判断空间实体的绘制顺序，然后按照空间实体绘制顺序的逆序对空间实体进行排序；如果客户端的视图为三维视图模式，则按照空间实体的深度由小到大的顺序对空间实体进行深度排序。

9.根据权利要求7所述的基于空间实体视图模型的空间实体的选取方法，其特征在于：所述空间实体在视图窗口中的绘图是通过绘图算法将空间实体的空间数据转化为对视图窗口中的一系列的像素操作完成的，通过所述空间实体视图模型来模拟空间实体在实际视图窗口绘图的方式，来分析所述空间实体所要在所述空间实体视图模型的视图窗口绘制的像素是否已经被其它的空间实体所遮挡。