CN102509325A - 一种针对复杂线状符号图案单元的绘制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种针对复杂线状符号图案单元的绘制方法，包括步骤一：确定所要绘制的复杂线状符号的基本图元；步骤二：确定未配置的基本图元长度；步骤三：计算该基本图元的未配置长度可容纳的基本图元个数，计算修改后的基本图元长度；步骤四：判断修改后的基本图元长度是否符合配置要求；步骤五：进行长度变化的渐进处理；步骤六：计算经长度变化的渐进处理后基本图元的外接矩形与相邻的角平分线是否相交。本发明通过对线状符号图元的虚、实部分分类以及视觉限插变化引入，更加灵活的处理线状符号使之在拐点处的视觉连续感加强；通过两拐点之间绘制图元个数阈值的情况选择不同的处理方法简化了处理程序的复杂度，使处理阶段更有效率。
Description
技术领域
本发明属于GIS系统中线状符号绘制技术领域，具体涉及一种针对复杂线状符号图案单元的绘制方法。
背景技术
近些年来随着计算机科学技术的发展，地理信息系统(geographic Information System，简称GIS)的发展也在大踏步的前进。在GIS系统中，十分重视和强调空间数据的处理分析以及基于空间数据的人机之间的交互。基于此上的需求，GIS的可视化应是地理系统所应具备的功能之一。
GIS对空间数据的处理方法主要包括对数据的输入、更新、维护、显示、分析以及制图等。GIS系统将空间数据以点、线、面组成的简单几何体的方式提供给用户，以便用户进行有效地分析及决策，这就要求在GIS系统中应当具备对相应的图形的支持，用来满足用户的需求。
在GIS系统中，符号不是单一存在的，而是通过符号库来进行管理，符号库根据符号的特点不同将符号分成点状符号、线状符号、以及面状符号三个大类。而其中由于线状符号的基本构成单元是点状符号，而且面状符号由线状符号构成。因此，线状符号作为承上启下的连接符号类被广泛使用。与此同时，线状符号也是地图符号中最复杂的一个类。线状符号一般由基本图元组成，基本图元可以是直线、折线、多边形以及各种简单图形。这些基本图元按照一定的排列组合方式绘制或填充就成为了线状符号。目前很多计算机软件都是将这些线状符号的基本单元按照一定的顺序和间隔沿着定位线循环配制而成，这种方法在拐点处会出现一些问题：首先，线状符号有可能在拐点处产生非常严重的变形，如国界线在拐点处会出现基本图元绘制不完全，弯折处走形等问题；其次，在定位线转折夹角较小时，图案会出现严重的自交或者重叠现象，例如坎类符号在较小角度拐点处出现的符号要素交叉现象；再次，某些线状符号在定位线趋势变化明显的地方可能出现空白拐点，造成线状符号在视觉上不连续，给人以断裂的感觉，符号的视觉美感不强，如时令河符号在拐点处的空白现象。拐点问题是由基本图元在拐点处绘制不当产生的，因为在配置时，基本图元可能跨越原有的定位线而引发在多个定位线上绘制的问题。在制图时，考虑线状符号的制图知识和视觉规律会有利于提高地图的视觉质量。因此进一步研究线状符号基本图案单元的优化配置是很有必要的。
公开号为101783022A的专利《基于画家算法的道路网整体符号化方法》公开了线状符号的结构方法并且提出了一种简单线状符号的颜色渲染方法，但对于复杂线状符号的设计方法没有提及。由于线状符号结构的复杂性特别突出，上述方法不能作为一种通用的线状要素配置解决方案。所以GIS系统中线状符号的图案单元配置方法是一个亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种针对复杂线状符号图案单元的绘制方法，根据图形目标在人脑中应形成完美目标的要求，通过图元的优化配置将符号图案配置成在视觉上连续的完整线状符号。本发明中提供的方法区别于现有方法的显著特征在于：初始设定拐点处的线状符号图元为体现符号连续性特征的图元部分中点，通过设定视觉限差的方法以两拐点间分割图元个数为基准，调节图元大小以满足两拐点间长度固定的需要；通过视觉限差(即准许基本图元中点沿拐点左右移动的最大允许范围)微调以及图元长度渐变方法来消除线状符号图元在整体上的长度变化明显感，显示出美观且具有连续性的线状符号；并且将拐角点角度最大交错范围与图元配置进行有效的结合。
本发明提出一种针对复杂线状符号图案单元的绘制方法，包含以下步骤：
一种针对复杂线状符号图案单元的绘制方法，其特征在于：包括以下几个步骤：
步骤一：确定所要绘制的复杂线状符号的基本图元，从基本图元中择选出实部部分和虚部部分，基本图元的长度为L，实部部分长度为Lsolid，虚部长度为Lvacancy，L＝Lsolid+Lvacancy，基本图元拐点处的角度为θ，根据选定的视觉限插函数，获得应在拐点处配置的视觉限差δ＝f(θ)，并设定绘制的基本图元个数阈值为n*；
步骤二：基本图元的初始点和终止点均处于基本图元的实部中点处，并且当前基本图元实部初始点的各项参数值为不变量；当前需要处理的基本图元的是位于第n个和第n+1个拐点之间的线段，线段长度为Lline，第n个拐点处右侧的实部长度为Lsolid(n)，虚部长度为Lvacancy；第n+1个拐点处左侧的实部长度为Lsolid(n+1)，第n+1个拐点处左侧的视觉限差为δn+1，基本图元的未配置长度为L′line＝Lline-(Lsolid(n)+Lvacancy+Lsolid(n+1))；
步骤三：以步骤一中初始默认的线状符号基本图元的长度L为初始值，计算该基本图元的未配置长度可容纳的基本图元个数num＝[L′line/L]：
(1)当第n个和n+1个拐点间的线段长度不满足0≤Lline≤Lsoild(n)+Lvacancy+L+Lsoild(n+1)时，且基本图元的个数num大于基本图元个数阈值n*，基本图元的个数已经超出了所要调整的必要基本图元个数，基本图元的大小与第n+1个拐点处左侧的视觉限差δn+1的长度无关，拐点处之后其余实部长度由公式Lsolid′＝L′line/num获得，Lsolid′表示拐点处之后其余实部长度，修改后的基本图元长度为L′＝Lsolid′+Lvacancy；
(2)当第n个和n+1个拐点间的线段长度不满足0≤Lline≤Lsoild(n)+Lvacancy+L+Lsoild(n+1)时，且基本单元的个数num小于等于基本图元个数阈值n*，基本图元个数没有超出所要调整的必要基本图元个数，根据初始默认的基本图元长度L，未配置长度可容纳的基本单元个数num，计算配置初始默认基本图元后的剩余长度ΔL＝|L′line-L×num|；若ΔL＜δn+1，移动拐点处的实部填充剩余长度，使得实部的起始点与ΔL的起始点相重合，此时的修改后的基本图元长度仍为L；若ΔL＞δn+1，移动拐点处实部的填充长度为δn+1，其余剩余的未配置长度ΔL-δn+1平均分配给剩余基本单元，此时修改后的基本图元长度为L′＝(L′line-δn+1)/num；
(3)当第n个和n+1个拐点间的线段长度满足0≤Lline≤Lsoild(n)+Lvacancy+L+Lsoild(n+1)时，导致两拐点间的长度太小不足以填充一个完整的符号单元，分三种情况：若0≤Lline＜Lsoild(n)+Lsoild(n+1)，用实部部分填充两拐点之间的长度；若Lsoild(n)+Lsoild(n+1)≤Lline＜Lsoild(n)+Lvacancy+Lsoild(n+1)，重新分配一个单元基本图元长度用来填充两个拐点之间的空隙，将L长度的图元长度的符号填充到两个拐点的空隙之中；若Lsoild(n)+Lvacancy+Lsoild(n+1)≤Lline≤Lsoild(n)+Lvacancy+L+Lsoild(n+1)，通过移动δn+1来满足填补一个基本图元长度；
步骤四：判断步骤三中完成的第n和n+1个拐点之间修改后的基本图元长度是否符合配置要求，是否出现拐点问题；如符合配置要求则进入步骤五，如不符合，修改步骤三修改后的基本图元长度，修改不符合要求的两个拐点之间基本图元的长度，修改方法是增加或减少基本图元长度值，并返回步骤三中，重新进行各个判定操作，直至符合要求为止；
步骤五：对于经修改后得到基本图元长度，利用得到的修改后的基本图元长度得到变化长度均值，进行长度变化的渐进处理，基本图元长度由初始的设定的L变化到经过修改后的图元长度均值L±2|L-L′|，其中每个在此线段中基本图元变化的长度为2|L-L′|/num，第一个基本图元长度为L±2|L-L′|/num，第二个基本图元长度为L±2|L-L′|/num×2……以此类推直到最后一个配置的基本图元；
步骤六：经步骤五中进行长度变化的渐进处理后的基本图元的拐角点角度超过最大交错范围的拐角点取平分线，在完成配置每个基本图元之前，计算经长度变化的渐进处理后基本图元的外接矩形与相邻的角平分线是否相交；若不相交，按步骤四中进行长度变化的渐进处理后的基本图元长度配置；若相交，根据交点的位置缩小外接矩形的高度或宽度，使原交点位于外接矩形的边线外，绘制各基本图元，并调节拐角点处线状符号图元的有效宽度，拐角点附近的线状符号的宽度小于线状符号当前位置与拐角点角平分线的距离。
本发明具有的优点在于：
1、本发明提出一种针对复杂线状符号图案单元的绘制方法，通过对线状符号图元的虚、实部分分类以及视觉限插变化引入，更加灵活的处理线状符号使之在拐点处的视觉连续感加 强；
2、本发明提出一种针对复杂线状符号图案单元的绘制方法，通过两拐点之间绘制图元个数阈值的情况选择不同的处理方法简化了处理程序的复杂度，使处理阶段更有效率；
3、本发明提出一种针对复杂线状符号图案单元的绘制方法，通过拐角点角度最大交错范围与图元配置的结合有效地解决了部分复杂线状符号在拐点处的处理，该方法不仅有效地解决了复杂线状符号的拐点绘制问题，且更加具有普遍适用性。
附图说明
图1：本发明所述复杂线状符号图案单元的优化配置方法流程图；
图2：基本图元在拐点处的分解示意图；
图3：未经本发明方法处理前的线状符号；
图4：经过本发明方法处理后的线状符号。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明进行详细说明。
本发明提出的一种针对复杂线状符号图案单元的绘制方法，如图1所示，包括以下几个步骤：
步骤一：确定所要绘制的复杂线状符号的基本图元，从基本图元中择选出实部部分和虚部部分，设基本图元的长度为L，实部部分长度为Lsolid，虚部长度为Lvacancy，则L＝Lsolid+Lvacancy，如图2所示。设基本图元拐点处的角度为θ(0＜θ＜180)，根据选定的视觉限插函数(该视觉限插函数是根据具体的复杂线状符号进行选择的)，获得应在拐点处配置的视觉限差δ＝f(θ)，并设定绘制的基本图元个数阈值为n*。
步骤二：设定基本图元的初始点和终止点均处于基本图元的实部中点处，并且当前基本图元实部初始点的各项参数值(包括图元的长度为L，实部部分长度为Lsolid，虚部长度为Lvacancy)为不变量。假设当前需要处理的基本图元的是位于第n个和第n+1个拐点之间的线段，线段长度为Lline，第n个拐点处右侧的实部长度为Lsolid(n)，虚部长度为Lvacancy；第n+1个拐点处左侧的实部长度为Lsolid(n+1)，第n+1个拐点处左侧的视觉限差为δn+1，据此获得此基本图元的未配置长度为L′line＝Lline-(Lsolid(n)+Lvacancy+Lsolid(n+1))。
步骤三：以步骤一中初始默认的线状符号基本图元的长度L为初始值，计算该基本图元的未配置长度可容纳的基本图元个数num＝[L′line/L]。根据基本图元个数的多少分以下三种情况进行处理：
(1)当第n个和n+1个拐点间的线段长度不满足0≤Lline≤Lsoild(n)+Lvacancy+L+Lsoild(n+1)时， 且基本图元的个数num大于基本图元个数阈值n*，基本图元的个数已经超出了所要调整的必要基本图元个数，此时认为基本图元的大小与第n+1个拐点处左侧的视觉限差δn+1的长度无关，即认为第n+1个拐点处左侧的视觉限差δn+1的长度为极小值，趋近于0，δn+1→0。因此可以不考虑视觉限差对拐点处基本图元的影响从而固定在拐点处(拐点n处)实部的位置以及实部的长度，拐点处(拐点n处)之后其余实部长度由公式Lsolid′＝L′line/num获得，Lsolid′表示拐点处(拐点n处)之后其余实部长度。修改后的基本图元长度为L′＝Lsolid′+Lvacancy。因为此时的基本图元个数较多，所以长度变化不明显，可以忽略处理前后基本图元长度不一致的问题。
(2)当第n个和n+1个拐点间的线段长度不满足0≤Lline≤Lsoild(n)+Lvacancy+L+Lsoild(n+1)时，且基本单元的个数num小于等于基本图元个数阈值n*。基本图元个数没有超出所要调整的必要基本图元个数，此时不能忽略与基本图元的大小相关的第n+1个拐点处左侧的视觉限差长度。根据初始默认的基本图元长度L，未配置长度可容纳的基本单元个数num，计算配置初始默认基本图元后的剩余长度ΔL＝|L′line-L×num|。若ΔL＜δn+1，移动拐点处(拐点n处)的实部填充剩余长度，使得实部的起始点与ΔL的起始点相重合，此时的修改后的基本图元长度仍为L；若ΔL＞δn+1，移动拐点处(拐点n处)实部的填充长度为δn+1，其余剩余的未配置长度ΔL-δn+1平均分配给剩余基本单元，此时修改后的基本图元长度为L′＝(L′line-δn+1)/num。
(3)当第n个和n+1个拐点间的线段长度满足0≤Lline≤Lsoild(n)+Lvacancy+L+Lsoild(n+1)时，导致两拐点间的长度太小不足以填充一个完整的符号单元。此时应分三种情况考虑：若0≤Lline＜Lsoild(n)+Lsoild(n+1)，可用实部部分填充两拐点之间的长度(直接填充后的基本图元长度为L相当于没有修改)；若Lsoild(n)+Lsoild(n+1)≤Lline＜Lsoild(n)+Lvacancy+Lsoild(n+1)，可重新分配一个单元基本图元长度用来填充两个拐点之间的空隙(直接填充后的基本图元长度为L相当于没有修改)，重新分配指的是将L长度的图元长度(就是一个基本图元的长度)的符号填充到两个拐点的空隙之中；若Lsoild(n)+Lvacancy+Lsoild(n+1)≤Lline≤Lsoild(n)+Lvacancy+L+Lsoild(n+1)，可以通过移动δn+1来满足填补一个有效基本图元长度(将第n+1个拐点右侧的符号整体平移δn+1个单位长度以填补空隙)，直接填充后的基本图元长度为L相当于没有修改。
步骤四：判断步骤三中完成的第n和n+1个拐点之间修改后的基本图元长度是否符合配置要求，即总体检验步骤三中的处理是否正确，即是否出现拐点问题。所谓拐点问题是指在步骤三中配置基本图元可能跨越原有的定位线而引发在多个定位线上绘制。如符合配置要求则进入步骤五，如不符合，适当修改步骤三修改后的基本图元长度，修改不符合要求的两个拐点之间基本图元的长度，修改方法是增加或减少基本图元长度值，增加或减少的量值可由操作者自行确定，返回步骤三中，重新进行各个判定操作，直至符合要求为止。
步骤三是从线状符号所要绘制的起点开始，到线状符号绘制的终点为止依次对两个拐点 之间的距离长度分段进行处理的，最后每段得到的处理后的基本图元长度可能不同，有的段间基本图元的长度可能不变，即为L，有的段间基本图元的长度可能改变，即为L′。通过步骤四对步骤进行验证，即重新按照步骤三处理后的各段基本图元长度重新验证各个拐点是否通过第三步的处理使得拐点之间没有基本图元的未配置长度即步骤二中的L′line。如果未配置长度为0，则第三步的配置符合要求，不为0则不符合要求。如此进行此操作，如果未配置长度不为为0，则第三步的配置符合不符合要求，使用者需将此两拐点间的基本图元长度找出，适当的调整基本图元的长度，放大或者缩小的长度值，这需要依据情况而定，确定修改之后的基本图元长度后，从这段开始，按照步骤三依次重新配置这段之后的各段。然后再进入第四步进行检验，直至符合配置要求位置。
步骤五：对于经修改后得到基本图元长度，为了避免基本图元在长度经过处理变化后造成视觉上的跳变，利用得到的修改后的基本图元长度得到变化长度均值，进行长度变化的渐进处理，具体为：基本图元长度由初始的设定的L变化到经过修改后的图元长度均值L±2|L-L′|，其中每个在此线段中基本图元变化的长度为2|L-L′|/num。即第一个基本图元长度为L±2|L-L′|/num，第二个基本图元长度为L±2|L-L′|/num×2……以此类推直到最后一个配置的基本图元。
步骤六：经步骤五中进行长度变化的渐进处理后的基本图元的拐角点角度超过最大交错范围的拐角点取平分线，在完成配置每个基本图元之前，计算经长度变化的渐进处理后基本图元的外接矩形与相邻的角平分线是否相交。若不相交，按基本图元的原大小配置(即步骤四中进行长度变化的渐进处理后的基本图元长度)；若相交，根据交点的位置缩小外接矩形的高度或宽度，使得原交点位于外接矩形的边线外，即避免了基本图元与角平分线相交，然后再绘制各基本图元。并调节拐角点处线状符号图元的有效宽度，确保拐角点附近的线状符号的宽度小于线状符号当前位置与拐角点角平分线的距离，以避免出现交叉重叠现象。
通过对比图3和图4可以清晰地看到，应用本发明提出的方法经过处理后的符号可以有效的解决基本图元拐点处存在的问题，如非常严重的变形，图案会出现严重的自交或者重叠现象，某些线状符号在定位线趋势变化明显的地方可能出现空白拐点，造成线状符号在视觉上不连续，给人以断裂的感觉，这些问题在背景技术有叙述，绘制出的符号具有视觉上的美感。
Claims (2)
1.一种针对复杂线状符号图案单元的绘制方法，其特征在于：包括以下几个步骤：
步骤一：确定所要绘制的复杂线状符号的基本图元，从基本图元中择选出实部部分和虚部部分，基本图元的长度为L，实部部分长度为Lsolid，虚部长度为Lvacancy，L＝Lsolid+Lvacancy，基本图元拐点处的角度为θ，根据选定的视觉限插函数，获得应在拐点处配置的视觉限差δ＝f(θ)，并设定绘制的基本图元个数阈值为n*；
步骤二：基本图元的初始点和终止点均处于基本图元的实部中点处，并且当前基本图元实部初始点的各项参数值为不变量；当前需要处理的基本图元的是位于第n个和第n+1个拐点之间的线段，线段长度为Lline，第n个拐点处右侧的实部长度为Lsolid(n)，虚部长度为Lvacancy；第n+1个拐点处左侧的实部长度为Lsolid(n+1)，第n+1个拐点处左侧的视觉限差为δn+1，基本图元的未配置长度为L′line＝Lline-(Lsolid(n)+Lvacancy+Lsolid(n+1)；
步骤三：以步骤一中初始默认的线状符号基本图元的长度L为初始值，计算该基本图元的未配置长度可容纳的基本图元个数num＝[L′line/L]：
(1)当第n个和n+1个拐点间的线段长度不满足0≤Lline≤Lsoild(n)+Lvacancy+L+Lsoild(n+1)时，且基本图元的个数num大于基本图元个数阈值n*，基本图元的个数已经超出了所要调整的必要基本图元个数，基本图元的大小与第n+1个拐点处左侧的视觉限差δn+1的长度无关，拐点处之后其余实部长度由公式Lsolid′＝L′line/num获得，Lsolid′表示拐点处之后其余实部长度，修改后的基本图元长度为L′＝Lsolid′+Lvacancy；
(2)当第n个和n+1个拐点间的线段长度不满足0≤Lline≤Lsoild(n)+Lvacancy+L+Lsoild(n+1)时，且基本单元的个数num小于等于基本图元个数阈值n*，基本图元个数没有超出所要调整的必要基本图元个数，根据初始默认的基本图元长度L，未配置长度可容纳的基本单元个数num，计算配置初始默认基本图元后的剩余长度ΔL＝|L′line-L×num|；若ΔL＜δn+1，移动拐点处的实部填充剩余长度，使得实部的起始点与ΔL的起始点相重合，此时的修改后的基本图元长度仍为L；若ΔL＞δn+1，移动拐点处实部的填充长度为δn+1，其余剩余的未配置长度ΔL-δn+1平均分配给剩余基本单元，此时修改后的基本图元长度为L′＝(L′line-δn+1)/num；
(3)当第n个和n+1个拐点间的线段长度满足0≤Lline≤Lsoild(n)+Lvacancy+L+Lsoild(n+1)时，导致两拐点间的长度太小不足以填充一个完整的符号单元，分三种情况：若0≤Lline＜Lsoild(n)+Lsoild(n+1)，用实部部分填充两拐点之间的长度；若Lsoild(n)+Lsoild(n+1)≤Lline＜Lsoild(n)+Lvacancy+Lsoild(n+1)，重新分配一个单元基本图元长度用来填充两个拐点之间的空隙，将L长度的图元长度的符号填充到两个拐点的空隙之中；若Lsoild(n)+Lvacancy+Lsoild(n+1)≤Lline≤Lsoild(n)+Lvacancy+L+Lsoild(n+1)，通过移动δn+1来满足填补一个基本图元长度；
步骤四：判断拐点之间修改后的基本图元长度是否符合配置要求，是否出现拐点问题；如符合配置要求则进入步骤五，如不符合，修改步骤三修改后的基本图元长度，修改不符合要求的两个拐点之间基本图元的长度，修改方法是增加或减少基本图元长度值，并返回步骤三中，重新进行各个判定操作，直至符合要求为止；
步骤五：对于经修改后得到基本图元长度，利用得到的修改后的基本图元长度得到变化长度均值，进行长度变化的渐进处理，基本图元长度由初始的设定的L变化到经过修改后的图元长度均值L±2|L-L′|，其中每个在此线段中基本图元变化的长度为2|L-L′|/num，第一个基本图元长度为L±2|L-L′|/num，第二个基本图元长度为L±2|L-L′|/num×2……以此类推直到最后一个配置的基本图元；
步骤六：经步骤五中进行长度变化的渐进处理后的基本图元的拐角点角度超过最大交错范围的拐角点取平分线，在完成配置每个基本图元之前，计算经长度变化的渐进处理后基本图元的外接矩形与相邻的角平分线是否相交；若不相交，按步骤四中进行长度变化的渐进处理后的基本图元长度配置；若相交，根据交点的位置缩小外接矩形的高度或宽度，使原交点位于外接矩形的边线外，绘制各基本图元，并调节拐角点处线状符号图元的有效宽度，拐角点附近的线状符号的宽度小于线状符号当前位置与拐角点角平分线的距离。
2.根据权利要求1所述的一种针对复杂线状符号图案单元的绘制方法，其特征在于：所述的步骤二中当前基本图元实部初始点的各项参数值包括图元的长度L，实部部分长度Lsolid，虚部长度Lvacancy。
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|---|
| 王立新: "电子海图系统线状符号表达及绘制方法", 《应用科技》, vol. 38, no. 8, 31 August 2011 (2011-08-31), pages 8 - 11 * |
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|---|---|---|---|---|
| CN103065306A (zh) * | 2012-12-25 | 2013-04-24 | 北京数码大方科技股份有限公司 | 图形数据的处理方法及装置 |
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| CN102509325B (zh) | 2013-12-18 |
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