CN113689561A - 基于z曲线编码的正二十面体不同格网互操作方法 - Google Patents

基于z曲线编码的正二十面体不同格网互操作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113689561A
CN113689561A CN202111006594.3A CN202111006594A CN113689561A CN 113689561 A CN113689561 A CN 113689561A CN 202111006594 A CN202111006594 A CN 202111006594A CN 113689561 A CN113689561 A CN 113689561A
Authority
CN
China
Prior art keywords
triangle
coding
rhombus
hexagon
icosahedron
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111006594.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113689561B (zh
Inventor
李亚路
孙文彬
赵学胜
范德芹
罗富丽
段远征
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Original Assignee
China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Mining and Technology Beijing CUMTB filed Critical China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority to CN202111006594.3A priority Critical patent/CN113689561B/zh
Publication of CN113689561A publication Critical patent/CN113689561A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113689561B publication Critical patent/CN113689561B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G06T17/05—Geographic models
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G06T17/10—Constructive solid geometry [CSG] using solid primitives, e.g. cylinders, cubes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G06T17/20—Finite element generation, e.g. wire-frame surface description, tesselation
    • G06T17/205—Re-meshing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T19/00—Manipulating 3D models or images for computer graphics
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T9/00—Image coding

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Toys (AREA)
  • Image Generation (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于Z曲线编码的正二十面体不同格网互操作方法，包括：首先基于正二十面体建立三角形、菱形和六边形网格，通过施耐德等积投影得到球面网格，并统一对他们进行Z曲线编码。并通过直接编码转换实现三角形、菱形和六边形互操作。本发明的优点是：解决了通过经纬度转换效率低下问题，大幅度提高了正二十面体三角形、菱形和六边形网格空间数据转换效率，便于空间数据共享。

Description

基于Z曲线编码的正二十面体不同格网互操作方法
技术领域
本发明涉及球面格网互操作技术领域，特别涉及一种基于Z曲线编码的正二十面体不同格网互操作方法。
背景技术
大数据时代对发展新型全球位置框架与编码提出的新要求。进入大数据时代，地名、地址等泛位置信息大量涌现，它们在基于坐标的点位置框架下的描述和处理异常繁冗，迫切需要建立基于区域的新型位置框架，地球网格剖分则是实现这一目标的有效方法。
近年来，国内外许多学术机构和应用部门从自身应用需求出发提出了多达数百种的地球剖分网格系统。必须承认，各具特色的网格系统是行业智慧的结晶，有着深厚的历史积淀，行业用户不可能轻易改用全新解决方案，故建立满足各类应用需求的地球剖分网格系统，无论是在理论上还是在应用中均不可行。也必须看到，各行各业现存的网格系统绝不可能封闭，必须与外界交换数据才能发挥自身作用，故不同系统之间互联互通是刚性需求。而目前多重全球网格系统之间，由于缺少底层的统一描述，导致多源数据的互操作及综合分析代价巨大，几乎不具可操作性甚至根本无法实现。因此，建立全球位置开放框架，实现多重全球剖分网格统一编码与互操作，既是一个重大的基础理论问题，也有重大应用需求。
各类网格系统大都为满足各行业具体应用需求而设计，缺乏必要的底层统一抽象，不利于网格系统间的耦合与互操作。究其原因，是网格系统的剖分编码缺乏底层一致性，因而未能建立全球位置框架的开放扩展机制。
针对现有多重网格应用编码的直接通过经纬度反转转换方法效率低下的问题，地球空间多重网格应用编码与开放接口研究在地球空间多重网格开放框架研究的基础上，通过分析现有网格模型的耦合形式，重构位置信息与属性信息；建立多重网格应用编码数据互操作服务。
发明内容
本发明针对现有多重网格应用编码的直接通过经纬度反转转换方法效率低下的问题，提供了一种基于Z曲线编码的正二十面体不同格网互操作方法。
为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种基于Z曲线编码的正二十面体不同格网互操作方法，包括以下步骤：
S1：正二十面体菱形网格编码；
首先，将二十面体初始的20个三角形按南北向两两合并，形成10个基础菱形，用四位二进制数来表示初始十个菱形的编码。每个基础菱形剖分成4个子菱形块，如此递归，直到单元分辨率满足一定需求为止，通过施耐德等积投影投到球面形成球面菱形网格。嵌套菱形网的自然层次性，使其对某一实际应用提供一个合适尺寸的网格。菱形网格用Z曲线编码，
S2：基于正二十面体构建球面三角形网格，包括以下子步骤：
S21：首先，取二十面体每个三角形边的中点，并依次连接各边的中点，一个初始三角形剖分成四个三角形，按照此规则递归剖分，得到所需分辨率的三角形网格；
S22：将正二十面体上剖分的规则网格经施耐德等积投影投到球面得到球面三角形网格，由于三角形单元方向不唯一，分上三角形和下三角形，借助菱形对其编码。
S3：正二十面体六边形网格编码；
选择4孔六边形网格。每个初始菱形包括四个六边形单元，还有两个六边形单元不属于任何菱形，将不属于菱形的定义为南北极单元，由于球面六边形网格每层都包括12个五边形单元，因此，在形成球面六边形格网时，对菱形顶点处的12个六边形单元进行剪裁形成五边形单元。一个六边形生成7个子单元，再经过施耐德等积投影投到球面形成球面六边形网格。
S4：正二十面体三角形、菱形和六边形互操作
根据上边正二十面体三角形、菱形和六边形Z曲线的编码规则，六边形与菱形编码转换规则为第n层六边形与第n层菱形编码是一一对应的；三角形与菱形编码转换根据上边二十面体三角形编码规则来转换，三角形编码除去三角形方向码就是所对应的菱形编码，菱形编码加上三角形方向码就是对应的三角形编码；三角形与六边形的编码转换规则是第n层六边形编码与第n-1层三角形编码对应，左上两个六边形属于上三角形，右下两个六边形属于下三角形。
进一步地，S22中的编码规则是:三角形单元CA的编码是0001001100，前四位是基础菱形编码，第五位和第六位表示三角形方向，00表示上三角形，01表示下三角形，后四位表示三角形所属菱形单元的Z曲线编码，根据剖分层次的增加，Z曲线编码长度也相应的增加。
进一步地，S3中为了保证编码的唯一性和便于Z曲线编码，规定一个六边形生成右边的四个子单元。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
通过直接编码转换实现基于正二十面体三角形、菱形和六边形网格的互操作，解决了通过经纬度转换效率低下问题，大幅度提高了正二十面体三角形、菱形和六边形网格空间数据转换效率，便于空间数据共享。
附图说明
图1为本发明实施例平面展开二十面体和初始菱形编码展开图。
图2为本发明实施例相邻层次菱形网格的位置关系示意图。
图3为本发明实施例菱形网格前两层编码示意图。
图4为本发明实施例相邻层次三角形网格的位置关系示意图。
图5为本发明实施例三角形网格所在菱形网格编码示意图。
图6为本发明实施例二十面体上首层六边形网格编码示意图。
图7为本发明实施例六边形单元子单元的选取示意图。
图8为本发明实施例对应层次三角形、菱形和六边形的几何关系示意图。
图9为本发明实施例六边形与三角形转换效率对比示意图。
图10为本发明实施例六边形与菱形转换效率对比示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。
目前常用的多面体有立方体、正八面体和正二十面体，正二十面体更接近于球，在二十面体上剖分的网格投影到球面的变形最小，因此，本发明研究正二十面体上三角形、菱形和六边形网格的互操作。
一种基于Z曲线编码的正二十面体不同格网互操作方法，包括以下步骤：
(1)正二十面体菱形网格编码
首先，将二十面体初始的20个三角形按南北向两两合并，形成10个基础菱形，图1为二十面体平面展开图，用四位二进制数来表示初始十个菱形的编码。每个基础菱形剖分成4个子菱形块，如此递归，直到满足一定需求为止，如图2所示。通过施耐德等积投影投到球面形成球面菱形网格。嵌套菱形网的自然层次性，使其对某一实际应用提供一个合适尺寸的网格。菱形网格用Z曲线编码，如图3所示。
(2)正二十面体三角形网格编码
基于正二十面体构建球面三角形网格的步骤包括:(1)首先，取二十面体每个三角形边的中点，并依次连接各边的中点，一个初始三角形剖分成四个三角形，如图4所示，按照此规则递归剖分，就可以得到所需分辨率的三角形网格；(2)将正二十面体上剖分的规则网格经施耐德等积投影投到球面就可以得到球面三角形网格。
由于三角形单元方向不唯一，分上三角形和下三角形，借助菱形对其编码，如图5所示。编码规则:图5中三角形单元CA的编码是0001001100，前四位是基础菱形编码，第五位和第六位表示三角形方向，00表示上三角形，01表示下三角形，后四位表示三角形所属菱形单元的Z曲线编码，根据剖分层次的增加，Z曲线编码长度也相应的增加。
(3)正二十面体六边形网格编码
六边形网格孔径有3孔、4孔和7孔，为了对六边形网格实现Z曲线编码，本发明选择4孔六边形网格。每个初始菱形包括四个六边形单元，还有两个六边形单元不属于任何菱形，将他们定义为南北极单元，如图6所示。由于球面六边形网格每层都包括12个五边形单元，因此，在形成球面六边形格网时，还需要对菱形顶点处的12个六边形单元进行剪裁形成五边形单元。一个六边形可以生成7个子单元，如图7所示。再经过施耐德等积投影投到球面形成球面六边形网格。
为了保证编码的唯一性和便于Z曲线编码，规定一个六边形生成右边的四个子单元，如图7所示。对首层六边形网格进行Z曲线编码，如图6所示，前四位为所在初始菱形编码，后两位是Z曲线编码，剖分层次每增加一层，编码就在上一层编码的后边根据编码规则增加两位。
(4)正二十面体三角形、菱形和六边形互操作
根据上边正二十面体三角形、菱形和六边形Z曲线的编码规则，规定对应层次的一个菱形包括四个六边形和两个三角形，如图8所示。六边形与菱形编码转换规则为第n层六边形所对应的菱形的编码是第n层六边形所对应的的父单元的编码；三角形与菱形编码转换根据上边二十面体三角形编码规则来转换，三角形编码除去三角形方向码就是所对应的菱形编码，菱形编码加上三角形方向码就是对应的三角形编码；三角形与六边形的编码转换规则是第n层六边形编码与第n-1层三角形编码对应，左上两个六边形属于上三角形，右下两个六边形属于下三角形。
如图9和10所示，为了验证本发明的优势，用100万个四孔六边形网格上的随机点分别通过经纬度和直接编码转换两种方式转化为三角形和菱形网格，并对7～19层的网格转换效率进行对比，表1和表2给出了实验结果，同时给出了与表1和表2对应的折线图，从表1和表2的实验数据得出直接编码转换相比经纬度转换效率提升了至少70多倍，加速了空间数据共享的进程。
表1六边形与三角形转换效率对比
Figure BDA0003237437370000061
Figure BDA0003237437370000071
表2六边形与菱形转换效率对比
Figure BDA0003237437370000072
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于Z曲线编码的正二十面体不同格网互操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：正二十面体菱形网格编码；
首先，将二十面体初始的20个三角形按南北向两两合并，形成10个基础菱形，用四位二进制数来表示初始十个菱形的编码；每个基础菱形剖分成4个子菱形块，如此递归，直到单元分辨率满足一定需求为止，通过施耐德等积投影投到球面形成球面菱形网格；嵌套菱形网的自然层次性，使其对某一实际应用提供一个合适尺寸的网格；菱形网格用Z曲线编码，
S2：基于正二十面体构建球面三角形网格，包括以下子步骤：
S21：首先，取二十面体每个三角形边的中点，并依次连接各边的中点，一个初始三角形剖分成四个三角形，按照此规则递归剖分，得到所需分辨率的三角形网格；
S22：将正二十面体上剖分的规则网格经施耐德等积投影投到球面得到球面三角形网格，由于三角形单元方向不唯一，分上三角形和下三角形，借助菱形对其编码；
S3：正二十面体六边形网格编码；
选择4孔六边形网格；每个初始菱形包括四个六边形单元，还有两个六边形单元不属于任何菱形，将不属于菱形的定义为南北极单元，由于球面六边形网格每层都包括12个五边形单元，因此，在形成球面六边形格网时，对菱形顶点处的12个六边形单元进行剪裁形成五边形单元；一个六边形生成7个子单元，再经过施耐德等积投影投到球面形成球面六边形网格；
S4：正二十面体三角形、菱形和六边形互操作
根据上边正二十面体三角形、菱形和六边形Z曲线的编码规则，六边形与菱形编码转换规则为第n层六边形与第n层菱形编码是一一对应的；三角形与菱形编码转换根据上边二十面体三角形编码规则来转换，三角形编码除去三角形方向码就是所对应的菱形编码，菱形编码加上三角形方向码就是对应的三角形编码；三角形与六边形的编码转换规则是第n层六边形编码与第n-1层三角形编码对应，左上两个六边形属于上三角形，右下两个六边形属于下三角形。
2.根据权利要求1所述的一种基于Z曲线编码的正二十面体不同格网互操作方法，其特征在于：S22中的编码规则是:三角形单元CA的编码是0001001100，前四位是基础菱形编码，第五位和第六位表示三角形方向，00表示上三角形，01表示下三角形，后四位表示三角形所属菱形单元的Z曲线编码，根据剖分层次的增加，Z曲线编码长度也相应的增加。
3.根据权利要求1所述的一种基于Z曲线编码的正二十面体不同格网互操作方法，其特征在于：S3中为了保证编码的唯一性和便于Z曲线编码，规定一个六边形生成右边的四个子单元。
CN202111006594.3A 2021-08-30 2021-08-30 基于z曲线编码的正二十面体不同格网互操作方法 Active CN113689561B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111006594.3A CN113689561B (zh) 2021-08-30 2021-08-30 基于z曲线编码的正二十面体不同格网互操作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111006594.3A CN113689561B (zh) 2021-08-30 2021-08-30 基于z曲线编码的正二十面体不同格网互操作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113689561A true CN113689561A (zh) 2021-11-23
CN113689561B CN113689561B (zh) 2023-05-23

Family

ID=78584183

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111006594.3A Active CN113689561B (zh) 2021-08-30 2021-08-30 基于z曲线编码的正二十面体不同格网互操作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113689561B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060050348A (ko) * 2004-08-13 2006-05-19 경희대학교 산학협력단 20면체 파노라마 영상의 부호화 및 복호화를 위한 방법 및장치
CN101964157A (zh) * 2010-09-27 2011-02-02 中国人民解放军国防科学技术大学 球面菱形网格递归剖分方法
CN112634448A (zh) * 2020-12-22 2021-04-09 郑州大学 全球离散点云系统驱动的空间格网通用构建方法
KR20210049468A (ko) * 2019-10-25 2021-05-06 주식회사 코업컴퍼니 구형 표면을 동일면적의 격자로 분할하는 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060050348A (ko) * 2004-08-13 2006-05-19 경희대학교 산학협력단 20면체 파노라마 영상의 부호화 및 복호화를 위한 방법 및장치
CN101964157A (zh) * 2010-09-27 2011-02-02 中国人民解放军国防科学技术大学 球面菱形网格递归剖分方法
KR20210049468A (ko) * 2019-10-25 2021-05-06 주식회사 코업컴퍼니 구형 표면을 동일면적의 격자로 분할하는 방법
CN112634448A (zh) * 2020-12-22 2021-04-09 郑州大学 全球离散点云系统驱动的空间格网通用构建方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DENIS WHITE: "Global Grids from Recursive Diamond Subdivisions of the Surface of an Octahedron or Icosahedron", 《ENVIRONMENTAL MONITORING AND ASSESSMENT》 *
周良辰 等: "球面菱形离散格网正二十面体剖分法", 《测绘学报》 *
张永生 等: "基于球面六边形网格系统的空间信息处理方法", 《测绘科学技术学报》 *
林冰仙 等: "正二十面体球面菱形离散格网的编码模型及其映射方法", 《测绘学报》 *
童晓冲: "全球多分辨率网格系统数字空间构建及索引机制研究", 《中国优秀硕士学位论文全文库 基础科学 》 *
赵学胜 等: "地球剖分格网研究进展综述", 《测绘学报》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113689561B (zh) 2023-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112634448B (zh) 全球离散点云系统驱动的空间格网通用构建方法
CN106898045B (zh) 一种基于sgog瓦块的大区域真三维地理场景自适应构建方法
Bartholdi Iii et al. Continuous indexing of hierarchical subdivisions of the globe
Purss et al. The OGC® Discrete Global Grid System core standard: A framework for rapid geospatial integration
Savage et al. The Early Bronze Age city states of the southern Levant: neither cities nor states
CN111797093B (zh) 一种离散全球网格结构生成方法及快速单元定位方法
WO2022147923A1 (zh) 一种面向空间数据的区块网安全组织存储映射方法
CN116318541A (zh) 网络空间多维信息剖分网格编码方法、装置、设备和介质
CN115719410A (zh) 一种空间模型数据的切片方法
CN101964157B (zh) 球面菱形网格递归剖分方法
CN102281075A (zh) 孔径为4的六边形格网层次编码、运算与索引方法
CN113689561A (zh) 基于z曲线编码的正二十面体不同格网互操作方法
CN117851695A (zh) 一种基于地理格网和图数据库的时空索引方法
CN117036644A (zh) 一种面向遥感卫星区域观测任务的六边形网格构建方法
Lai et al. A spatial multi-scale integer coding method and its application to three-dimensional model organization
CN114663614A (zh) 一种基于球面的3孔径三角形等面剖分网格编码方法
CN114723918A (zh) 一种全球与局部网格的编码自适应映射方法
Dutton Planetary modelling via hierarchical tessellation
CN113570712B (zh) 一种基于gcn的3d建模优化方法
CN113114272B (zh) 全球瓦片一致的六边形格网数据结构编码方法与装置
Chen et al. Virtual globe-based integration and sharing service method of GeoSpatial Information
Ben et al. Global grid systems for geospatial information: status and thinking
Diudea et al. 1-periodic nanostructures
Cheng et al. A new storage architecture based on global subdivision theory for spatial data
Ben et al. A new index structure for global geospatial data

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant