CN102663664A - 超大纹理图像的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超大纹理图像的处理方法，包括如下步骤：超大纹理图像物理特征的处理；超大源图像文件的分割处理；超大源图像文件的调用、渲染处理。本发明的有益效果如下：充分利用现有计算机的运算能力，以分级分割取代整片调用，最大限度得减少对CPU、内存、IO接口的占用；以树状结构存储取代随机存储，使文件检索过程对系统的消耗减少到最低，提高纹理信息的渲染和调用速度，使得普通PC机和低档工作站也可以对天体表面超大纹理图像数据进行调用和渲染，提高了信息处理的效率。本发明集超大纹理图像数据的分割、调用、渲染技术于一身，大大提高了数据调用速度，最大限度的保留了超大纹理图像信息的完整和真实性。

Description

超大纹理图像的处理方法

技术领域

本发明涉及航天测控可视化技术领域，具体涉及一种超大纹理图像的处理方法。

背景技术

随着航天工业的发展，对航天测控可视化提出了更高的要求。在保证可视化系统反应速度的前提下，要求看到更多的细节。然而很多情况下, 实时渲染的天体模型都需要使用巨量图像数据作为纹理，这类图像的数据量随着精度提高呈几何倍数增加,一些高精度天体数据都以TB为单位，现有的显卡根本无法将其全部载入显存,甚至无法全部载入普通PC和工作站的内存。现行的技术通过整片不经处理的方法进行调用，显然无法满足TB级纹理图像的调入。特别是航空航天领域对于实时性的要求非常高，任何数据都要在毫秒级进行响应，纹理图像的调用不能占用太多CPU时间、内存空间以及IO接口设备。可以说超大纹理图像的处理已经成为航天测控可视化领域的一块短板，要想在航天飞行可视化领域有所突破必然要解决这一关键性问题。

目前对于超大纹理图像的处理方法主要是按照区域进行金字塔式的分割调用，分片进行读取，前期数据处理量大，普通机器的运算能力已经不能满足GB级数据的处理了，更不要说TB级数据；并且在文件存储和调用方面，目前所有技术都是采用随机排布的文件存储方式，在缺少索引的情况下，调用过程会引起大量的CPU和内存等待，并且由于缺乏相应的算法规范和具体的实现方法，有些技术还仅仅停留在理论阶段。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种以分级分割取代整片调用、以树状结构存储取代随机存储的超大纹理图像处理方法，大大提高了数据调用速度的前提下，最大限度的保留了超大纹理图像信息的完整和真实性。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种超大纹理图像的处理方法，步骤如下：

（1）超大纹理图像物理特征的处理

将多张卫星或望远镜采集的原始超大纹理图像文件进行数字化，然后进行拼接；

将拼接之后的超大纹理图像文件调整成统一的亮度、对比度和色度；

调整超大纹理图像文件，使其长宽像素数为2的正整数次幂，形成超大源图像文件；

（2）超大源图像文件的分割处理

根据所述超大源图像文件的分辨率确定其分割级数n；

根据所述超大源图像文件的分割级数，调整其分辨率，每一级生成一张分割原图像文件，所述第n级分割原图像文件的长宽像素数为2¹⁰⁺ⁿ*2⁹⁺ⁿ；

给所述每个分割原图像文件设定分割标记，使每个分割原图像文件生成2ⁿ⁺¹个分割文件，所述每个分割文件的长宽像素数为512*512；

按照分割标记将分割原图像文件数据读入到内存中，然后按照树状结构文件命名方式将分割文件存储到硬盘中；

将上述分割文件数据进行压缩处理，并设定文件索引；

（3）超大源图像文件的调用、渲染处理

按照客观环境中人眼分辨率，根据三维空间中不同的视距调用不同级数的分割文件；

利用所述分割文件的树状存储结构将所需的文件检索到，并读取到内存中，然后将其进行解压和分块操作，最终通过计算机显示系统进行输出。

本发明的有益效果如下：本发明充分利用现有计算机的运算能力，以分级分割取代整片调用，最大限度得减少对CPU、内存、IO接口的占用；以树状结构存储取代随机存储，使文件检索过程对系统的消耗减少到最低，提高纹理信息的渲染和调用速度，使得普通PC机和低档工作站也可以对天体表面超大纹理图像数据进行调用和渲染，提高了信息处理的效率。本发明集超大纹理图像数据的分割、调用、渲染技术于一身，大大提高了数据调用速度，最大限度的保留了超大纹理图像信息的完整和真实性。

具体实施方式

以卫星采集的地球表面图像文件为例，对其进行分割、调用和渲染处理过程如下：

（1）图像文件物理特征处理：

卫星采集的地球表面图像是条带状扫描的地球图像，由于地球表面为非规则球面且卫星外界影响发生偏移抖动等，条带状的原始图像并不能完美的拼合，因此需要进行处理。首先进行条带部分的合并，通过图像编辑将重和部分剔除，并处理整个图像的亮度、对比度、色度形成一副长为54582像素，宽为27291像素的初始图像。

通过计算，初始图像的长小于2的16次幂但大于2的15次幂，为了使数据更为精准我们选择2的15次幂，即32768作为初始图像的长，将初始图像转化为长为32768像素，宽为16384像素的源图像。

（2）图像文件的分割处理：

表1

分割级数	纹理图像数	纹理图像覆盖度	宽度像素	单像素分辨率	同等大小
						0	2	180	1024	40km	2MB
1	8	90	2048	20km	8MB
						2	32	45	4096	10km	32MB
3	128	22.5	8K	5km	128MB
						4	512	11.25	16K	2.5km	512MB
5	2048	5.6	32K	1.25km	2GB
						6	8K	2.8	64K	625m	8GB
7	32K	1.4	128K	312m	32GB
						8	128K	0.7	256K	156m	128GB
9	512K	0.35	512K	78m	512GB
						10	2M	0.175	1M	39m	2TB
11	8M	0.0875	2M	19.5m	8TB
						12	32M	0.04375	4M	9.75m	32TB

如表1所示，按照源图像的分辨率，确定源图像的分割级数为5，即需生成6张分割原图像，这6张分割原图像的分辨率分别为第0级1024*512、第1级2048*1024、第2级4096*2048、第3级8192*4096、第4级16384*8192、第5级32768*16384；

按照表1，将分割原图像进行分割处理第0级分割成2张512*512的图像；第1级分割成8张512*512的图像；第2级分割成32张512*512的图像；第3级分割成128张512*512的图像；第4级分割成512张512*512的图像；第5级分割成2048张512*512的图像。在地球上，level0意味着拥有大约40km/像素的分辨率。因为地球的周长约为40000km，而4000/1024大约为40。如果level10级的文件夹存储的纹理图像是512×512像素，它们将提供约为40m分辨率/像素。纹理图像的大小与它们提供的分辨率成比例，图像越大，分辨率就越高（如果level0级中的纹理图像有1024的像素宽，level1级为2048，level2级4096，level3级为8192，level4级为16384，level5级为32768，level6级为65536，level7级131072，level8级为262144，level9级为524288，level10级为1048576，那么40000000米/1000000像素将是40米/像素）。每个纹理层次最多包括22n+1个纹理图像，这里n必须是级数。如果完全填充，每个级别将包含4倍于前一级别的纹理图像。但只有最低级别level0必须充分填充。如果在更高一级中的高分辨率的纹理图像不存在，将使用低级别的纹理图像来填补相应的纹理表面。

将所有分割好的文件压缩成特定格式，并形成CTX索引文件，供系统调用。

(3)图像文件的调用和渲染操作：

利用形成的CTX索引文件依次调用每一级的纹理图像数据到内存，以河北地区为例，程序将依次调用第0级分割文件tx_0_0、第1级分割文件tx_3_0、第2级分割文件tx_6_1、第3级分割文件tx_13_2、第4级分割文件tx_26_4、第5级分割文件tx_52_8；另外从覆盖范围上来调用，第0级包含2个纹理图像文件，每个文件覆盖了180度的球体。第1级有8个纹理图像文件，每个文件覆盖了90度的球体。以此类推，第2级有32个纹理图像文件，每个文件覆盖了45度的球体；第3级，128，22.5度；第4级，512，11.25度；第5级，2048，5.625度，等等。此外可以根据屏幕显示的物体表面的像素大小来选择纹理图像的等级。图像的变化不是基于纹理图像的实际尺寸。当某个等级的纹理图像文件目录是完全填充的（即存储了所有应该存储的纹理图像），这一等级里的纹理图像的宽度总是其高度的两倍，如果是简单的圆柱投影（如1024*512或32768*16384）。个别纹理图像不一定是正方形。特别是，在天体两极附近的问题，图像可以是矩形，其宽度可以是高度的2或4倍。它们的尺寸必须是2的幂次。可以把它们延伸到适当的尺寸，然后以贴图的方式贴到天体的表面上。不是所有细节层次的文件目录都需要存储所有应该存储的纹理图像，但纹理图像分辨率较低级别的文件夹必须存在。如果在第7级的文件夹中有几个高分辨率的纹理图像，所有文件夹命名从第0级到第6级必须存在。第0级应该充分填充它的两个纹理图像，但中间级别的文件夹可以是空的。如果某一分辨率级别的纹理图像不存在，可以回落到下一个较低级别的文件夹。这就能够对特定区域生成非常高分辨率的纹理贴图，而不是对整个天体表面生成相应的该分辨率。

根据距离设定依次将其读入内存，并推送到显示适配器进行渲染输出。 

Claims (1)

1.一种超大纹理图像的处理方法，其特征在于，其方法步骤如下：

（1）超大纹理图像物理特征的处理

将多张卫星或望远镜采集的原始超大纹理图像文件进行数字化，然后进行拼接；

将拼接之后的超大纹理图像文件调整成统一的亮度、对比度和色度；

调整超大纹理图像文件，使其长宽像素数为2的正整数次幂，形成超大源图像文件；

（2）超大源图像文件的分割处理

根据所述超大源图像文件的分辨率确定其分割级数n；

根据所述超大源图像文件的分割级数，调整其分辨率，每一级生成一张分割原图像文件，所述第n级分割原图像文件的长宽像素数为2¹⁰⁺ⁿ*2⁹⁺ⁿ；

给所述每个分割原图像文件设定分割标记，使每个分割原图像文件生成2ⁿ⁺¹个分割文件，所述每个分割文件的长宽像素数为512*512；

按照分割标记将分割原图像文件数据读入到内存中，然后按照树状结构文件命名方式将分割文件存储到硬盘中；

将上述分割文件数据进行压缩处理，并设定文件索引；

（3）超大源图像文件的调用、渲染处理

按照客观环境中人眼分辨率，根据三维空间中不同的视距调用不同级数的分割文件；

利用所述分割文件的树状存储结构将所需的文件检索到，并读取到内存中，然后将其进行解压和分块操作，最终通过计算机显示系统进行输出。