CN103714213A - 一种复杂地理信息的并行绘制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复杂地理信息的并行绘制方法，该方法包括：将待绘制的复杂地理信息分为静态元素和动态元素，对动态元素按照空间高度进行动态分组，并确定并发节点数；根据需要显示的范围和显示屏幕分辨率，各并发节点在内存中建立绘图缓冲区，待绘制的复杂地理信息将在绘图缓冲区中缓存；静态元素通过主节点的GIS平台绘制出静态矢量地图，动态元素通过分节点在后台实时并行计算和缓存动态地理数据；主节点根据一定的时间步长在前台加载绘图缓冲区以刷新当前显示，完成复杂地理信息的动态绘制。利用并行处理的方式对动态元素进行处理和计算，充分利用了计算机CPU和GPU的运算能力，大大提高了数据处理能力，从而提高了绘制效率。

Description

一种复杂地理信息的并行绘制方法

技术领域

本发明涉及地理信息图像处理领域，尤其是涉及一种复杂地理信息的并行绘制方法。 

背景技术

随着信息技术的不断发展和应用，越来越多大型地理信息的显示和处理依赖于GIS平台，对GIS平台的运用也更加多样化，由单一的显示电子地图、生成统计图表等传统功能，逐步向智能交通、智慧城市、战争推演等多领域、多学科发展，同时对传统GIS平台的绘图需求也更加复杂化、多样化，传统的GIS平台已经不能满足特殊场景中复杂地理信息的绘制需要。一些优秀的GIS平台（如ArcGIS等）虽然解决了绘制元素动态更新效率的问题，但是对于某些特殊场景（如以可视化的方式显示电磁波、雷达信号、交通拥堵状况等），其需要绘制的元素将根据现场实际情况动态变化和增减，这将对传统的GIS平台在元素的管理方面造成很大的开销，导致处理效率低下，同时如果动态元素刷新过快（如60帧/秒），传统GIS软件将会出现闪烁、动态目标运动不平滑等问题，且传统的GIS平台在颜色渐变、透明度、图像处理、不规则几何物体等复杂图形绘制方面支持不足，不能很好的以直观的方式表达现场的实际情况，难以满足不同场景的运用需求。 

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种复杂地理信息的并行绘制方法，解决传统GIS平台元素管理开销大、图形绘制效率低、对复杂图形绘制支持不足等缺陷，提出了将复杂地理信息的静态元素与动态元素分离，利用并行处理的理念将动态元素按照空间高度进行分组，各子节点分别负责一定高度范围内动态元素的计算和绘制，最后将各子节点生成的图形进行融合后一次性刷新至前台从而显示完整的地理信息，而实际的图形绘制则采用GDI+、opengl等成熟的绘图工具，避免开发人员对相关GIS平台的专有绘制方法进行深入了解，降低开发难度，同时利用GDI+、opengl等成熟绘图工具效率高的特点，提高地理场景的显示效率。

本发明的发明目的通过以下技术方案来实现：

一种复杂地理信息的并行绘制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）将待绘制的复杂地理信息分为静态元素和动态元素，对动态元素按照空间高度进行动态分组，并确定并发节点数；

（2）根据需要显示的范围和显示屏幕分辨率，各并发节点在内存中建立绘图缓冲区，待绘制的复杂地理信息将在绘图缓冲区中缓存；

（3）静态元素通过主节点的GIS平台绘制出静态矢量地图，动态元素通过分节点在后台实时并行计算和缓存动态地理数据；

（4）主节点根据一定的时间步长在前台加载绘图缓冲区以刷新当前显示， 完成复杂地理信息的动态绘制。

优选的，步骤（1）中所述的静态元素包括地形、海洋。

优选的，所述的分节点由管理节点和多个绘制节点组成，管理节点根据高度范围将动态元素分配给多个绘制节点，并将各绘制节点的数据进行融合。

优选的，步骤（3）中所述的动态元素通过分节点在后台实时并行计算和缓存动态地理数据具体包括以下步骤：

（31）管理节点根据动态元素所在位置，实时分配各绘制节点的动态元素；

（32）各绘制节点根据分配的动态元素，实时计算地图场景中的动态目标数据，并记录计算后每个动态元素的实际高度；

（33）各绘制节点依据动态元素计算后的空间高度剔除被完全遮挡的动态元素后，将需要绘制的动态元素根据空间高度，由低到高利用绘图工具绘制于绘图缓冲区；

（34）管理节点在所有绘制节点绘制完成后，根据空间顺序，由低到高对各绘制节点的缓冲区进行融合，形成完整的动态元素绘制缓冲区。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、从绘图灵活性来看，用户自主对动态元素进行管理，并利用并行处理的理念对动态元素进行处理和计算，然后利用GDI+或opengl等成熟的绘图工具以自主地绘制复杂地理信息，其绘制方法与传统的GIS平台完全分离，交由设计人员自行设计和处理，避免了相关传统GIS平台绘制效率低、灵活差的缺点；

2、从绘制效率来看，本方法采用并行绘制的方式，设计人员可以根据绘制图形的复杂度，自主的开辟一定数量的并行节点计算和缓存需要绘制的图形，充分利用计算机CPU、GPU的运算能力，不再受制于既定GIS平台固有的数据处理方式，灵活自主的提高程序数据处理能力；

3、从数据管理方式来看，对于实时变化的元素、动态增删频繁的元素可以完全交由设计人员自行管理，而避免了传统GIS平台管理动态元素开销大、效率低等缺陷，

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为子节点后台缓存图像流程图。

 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例  

本方法将复杂地理信息的静态元素与动态元素分离，利用并行处理的理念将动态元素按照空间高度进行分组，各子节点分别负责一定高度范围内动态元素的计算和绘制，最后将各子节点生成的图形进行融合后一次性刷新至前台从而显示完整的地理信息，而实际的绘图操作则利用GDI+、opengl等成熟的绘图工具，供设计人员在满足绘图需求的同时，结合既有场景对复杂的地理信息进行灵活绘制，既避免了开发人员了解不同GIS平台专有的繁琐的绘制方式，又拓宽了传统GIS平台的应用领域，提高了GIS平台制图的多样性。

本发明的流程如图1所示，其具体包含以下步骤：

步骤1：首先根据场景的具体情况，将场景信息分为静态元素和动态元素，静态元素（如地形、海洋等）可以选择GIS软件专有的地理数据进行绘制，而动态元素则自行管理。然后根据动态元素的复杂程度，对动态元素按照空间高度（如航空管制中的低空领域、中低空领域等）进行动态分组，并确定并发节点数。并发节点包括主节点和分节点。

步骤2：其次根据需要显示的范围和显示屏幕分辨率，各并发节点在内存中建立绘图缓冲区，复杂图形将在绘图缓冲区中缓存。

步骤3：主节点利用既有的GIS平台，精确绘制静态矢量地图，各分节点在后台实时并行计算和缓存动态地理数据。分节点由管理节点和多个绘制节点组成，管理节点负责根据高度范围将动态元素分配给绘制节点和将格绘制节点的数据进行融合，各绘制节点对分配的动态元素进行计算和绘制，而主节点负责对传统GIS平台的管理和静态目标的绘制。具体步骤如下：

（31）主节点利用既有GIS平台对静态矢量地图进行维护和管理；

（32）管理节点根据动态元素所在位置，实时分配各绘制节点的动态元素；

（33）各绘制节点根据分配的动态元素，实时计算地图场景中的动态目标（如飞机飞行轨迹、雷达扫描环等）数据，并记录计算后每个动态元素的实际高度；

（34）绘制节点依据各动态元素计算后的空间高度，剔除被完全遮挡的动态元素（如云层遮挡运动的飞机）后，将需要绘制的动态元素根据空间高度，由低到高利用GDI+、opengl等工具绘制于绘图缓冲区。      

（35）管理节点在所有的绘制节点绘制完成后，根据空间顺序，由低到高对各绘制节点的缓冲区进行融合，形成完整的动态元素绘制缓冲区。

其中，各分节点后台缓存图像的详细流程图如图2所示，各绘制节点分别计算本绘制节点的图像数据，其步骤如下：

（a）剔除完全遮挡的动态元素；

（b）通过经纬度坐标和像素坐标的映射关系，将需要绘制的动态元素的经纬度坐标映射为屏幕像素坐标；

（c）将需要绘制的图形数据绘制于绘图缓冲区；

（d）管理节点根据各绘制节点缓冲区的高度范围，由下而上融合绘制缓冲区，形成完整动态元素缓冲区。

步骤4：主节点根据一定的时间步长在前台加载缓冲区以刷新当前显示， 完成复杂地理信息的动态绘制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (4)

1.一种复杂地理信息的并行绘制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）将待绘制的复杂地理信息分为静态元素和动态元素，对动态元素按照空间高度进行动态分组，并确定并发节点数；

（2）根据需要显示的范围和显示屏幕分辨率，各并发节点在内存中建立绘图缓冲区，待绘制的复杂地理信息将在绘图缓冲区中缓存；

（3）静态元素通过主节点的GIS平台绘制出静态矢量地图，动态元素通过分节点在后台实时并行计算和缓存动态地理数据；

（4）主节点根据一定的时间步长在前台加载绘图缓冲区以刷新当前显示， 完成复杂地理信息的动态绘制。

2.根据权利要求1所述的一种复杂地理信息的并行绘制方法，其特征在于，步骤（1）中所述的静态元素包括地形、海洋。

3.根据权利要求1所述的一种复杂地理信息的并行绘制方法，其特征在于，所述的分节点由管理节点和多个绘制节点组成，管理节点根据高度范围将动态元素分配给多个绘制节点，并将各绘制节点的数据进行融合。

4.根据权利要求3所述的一种复杂地理信息的并行绘制方法，其特征在于，步骤（3）中所述的动态元素通过分节点在后台实时并行计算和缓存动态地理数据具体包括以下步骤：

（31）管理节点根据动态元素所在位置，实时分配各绘制节点的动态元素；

（32）各绘制节点根据分配的动态元素，实时计算地图场景中的动态目标数据，并记录计算后每个动态元素的实际高度；

（33）各绘制节点依据动态元素计算后的空间高度剔除被完全遮挡的动态元素后，将需要绘制的动态元素根据空间高度，由低到高利用绘图工具绘制于绘图缓冲区；

（34）管理节点在所有绘制节点绘制完成后，根据空间顺序，由低到高对各绘制节点的缓冲区进行融合，形成完整的动态元素绘制缓冲区。

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