KR20020091733A - Multiresolution Terrain Model Based on Binary Segmentation - Google Patents

Multiresolution Terrain Model Based on Binary Segmentation Download PDF

Info

Publication number
KR20020091733A
KR20020091733A KR1020010030633A KR20010030633A KR20020091733A KR 20020091733 A KR20020091733 A KR 20020091733A KR 1020010030633 A KR1020010030633 A KR 1020010030633A KR 20010030633 A KR20010030633 A KR 20010030633A KR 20020091733 A KR20020091733 A KR 20020091733A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
terrain
resolution
topography
divided
triangles
Prior art date
Application number
KR1020010030633A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
전범재
Original Assignee
(주)네오디펜스
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 (주)네오디펜스 filed Critical (주)네오디펜스
Priority to KR1020010030633A priority Critical patent/KR20020091733A/en
Publication of KR20020091733A publication Critical patent/KR20020091733A/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G06T17/05Geographic models
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/20Special algorithmic details

Abstract

PURPOSE: A multi-resolution topography model based on a binary division method is provided to reduce costs with respect to a storage space, generate topography rapidly and satisfy a quality level of required topography data. CONSTITUTION: Topography is spatially divided by binary division. Each of divided triangles receives a unique index and stores an error value for extracting a fixed resolution. The error value corresponds to a maximum distance between planes constructing the triangle and topography data included in the planes. A topography generation procedure is repeated until all topography data constructs a triangle. A phase relation between the divided triangles has a cluster form.

Description

이진 분할법에 기반한 다중 해상도 지형 모델{omitted}Multi-resolution Terrain Model Based on Binary Segmentation

본 발명은 대량의 지형 정보를 실시간으로 처리 할 수 있는 다중 해상도 지형 모델에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이진 분할법을 이용하여 생성된 삼각형들간의 위상 관계를 정의하고, 사용자의 요구를 충족하는 다양한 해상도 지형을 저장 비용과 실시간 처리에 적합하도록 모델링하는 알고리즘에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-resolution terrain model that can process a large amount of terrain information in real time, and more particularly, to define a phase relationship between triangles generated using binary segmentation and to meet various user requirements. The present invention relates to algorithms for modeling terrains for storage costs and real-time processing.

지형 데이터란 2차원 평면의 모든 점에 고도 값을 할당하는 연속 함수 공간이며, 2차원 평면의 모든 점들은 단지 하나의 고도 값에 사상이 되므로 다른 3 차원 객체들과 구별하여 2.5 차원 객체라고 부른다. GIS 분야, 가상 환경 시뮬레이션 분야, 유한 요소 해석 분야, 컴퓨터 비전 및 컴퓨터 그래픽스 분야 등의 여러 상이한 영역에서 중요한 기본 정보로 사용된다.Terrain data is a continuous function space that assigns altitude values to all points of a two-dimensional plane, and all points of a two-dimensional plane are mapped to only one altitude value, so they are called 2.5-dimensional objects to distinguish them from other three-dimensional objects. It is used as important basic information in many different areas such as GIS, virtual environment simulation, finite element analysis, computer vision and computer graphics.

일반적으로 비주얼 응용 분야에서, 특정한 하나의 지형 데이터가 각기 다른 용도로 사용될 수 있으며, 이용 목적에 따라 필요로 하는 지형 데이터의 질적 수준도 다르므로, 다양한 질적 수준을 만족시킬 수 있는 단일한 지형 모델 개발이 필수적이며, 이러한 결과로서 다양한 형태의 다중 해상도 지형 모델이 개발되었다. 여기서, 다중 해상도 지형 모델이란 하나의 지형 표현으로부터 일정 범위의 해상도를 갖는 지형 데이터를 추출하여 사용할 수 있도록 만든 지형 모델이며, 지형의 해상도란 지형의 각 특징을 구별할 수 있는 정도를 의미한다.In general, in a visual application field, a single piece of terrain data can be used for different purposes, and the quality of the terrain data required varies depending on the purpose of use, so that a single terrain model can be developed to satisfy various quality levels. This is essential, and as a result, various types of multi-resolution terrain models have been developed. Here, the multi-resolution terrain model is a terrain model made to extract and use terrain data having a certain range of resolution from one terrain representation, and the resolution of the terrain refers to the degree of distinguishing each feature of the terrain.

다중 해상도 지형 모델은 크게 적층 모델(layered model)과 통합 모델(unified model)로 세분된다. 적층 모델은 여러 단계의 해상도 수준을 만족하는 지형 데이터들을 계층 구조적으로 하나의 자료 구조 내에 저장해 놓은 개념적 틀을 가지고 있으며, 지형 표현 내에 저장되어 있지 않은 해상도 수준의 지형 데이터는 이미 저장되어 있는 지형 데이터들의 조합을 통해서 추출한다. 그러나, 서로 다른 지형 데이터간에 공간적 불연속성이 존재하며, 이를 해결하는 과정에서 해상도 수준도 요구 수준 이하로 떨어지고 데이터 양도 전체적으로 증가되는 문제점을 안고 있다. 이런 문제점에 대한 대안으로서, 통합 모델이 제안되었다. 통합 모델은 일정 범위의 해상도 수준을 자유자재로 표현할 수 있도록 설계된 지형 모델로서,이력 관리 (history management), 변환 (transformation) 및 재귀적 공간 분할(Recursive Subdivision) 등의 접근 방법이 주로 사용된다. 여기서, 이력 관리 기반의 통합 모델은 지형 근사화 과정의 결과들을 시간 및 공간적 관계에 따라 구조적으로 저장하여 지형 표현을 얻어내는 접근 방법을 사용한다. 하지만 지형 생성의 과정이 복잡하고 저장 공간의 비용이 많이 드는 단점이 있다. 변환 기법을 사용한 통합 모델은 Wavelett 등의 변환 함수를 통해 얻어진 변환 결과를 지형 표현으로 사용하며, 역변환 과정에서 변환 계수들을 적절히 조절하여 적정한 수준의 지형 데이터를 추출한다. 수행속도가 아주 빠른 반면에 여러 가지 해상도 지형 메쉬간에 공간적 관계가 불분명하고, 입력 지형에 포함돼 있던 주요 지형 요소들이 해상도 변화에 따라 전체적으로 무디어진다.Multi-resolution terrain models are largely divided into layered and unified models. The stacked model has a conceptual framework that hierarchically stores terrain data satisfying several levels of resolution in a single data structure, and terrain data at a resolution level not stored in the terrain representation is already stored. Extract through a combination. However, there is a spatial discontinuity between different topographical data, and in solving this problem, the resolution level drops below the required level and the amount of data also increases. As an alternative to this problem, an integration model has been proposed. The integrated model is a terrain model designed to express a range of resolution levels freely, and approaches such as history management, transformation, and recursive subdivision are mainly used. Here, the history management-based integrated model uses an approach that obtains the terrain representation by structurally storing the results of the terrain approximation process according to time and spatial relationship. However, the process of creating the terrain is complicated and the storage space is expensive. The integrated model using the transformation technique uses the transformation result obtained through the transformation function of Wavelett as a terrain representation, and extracts an appropriate level of terrain data by appropriately adjusting the transformation coefficients during the inverse transformation process. While the performance is very fast, the spatial relationship between the various resolution terrain meshes is unclear, and the main terrain elements included in the input terrain are blunted as the resolution changes.

마지막으로, 재귀적 분할 모델은 전체의 공간을 규칙적이고 반복적으로 분할하는 과정을 반복하여 얻어진 계층 구조적인 형태의 지형 모델이다. 계층적 방법에 기반한 다중 해상도 지형 모델의 최초 연구는 도 1의 (가)처럼 QuadTree를 기반으로 이루어졌다. QuadTree의 최상위 노드는 지형 전체를 나타내며, 각 단말 노드(leaf node)의 지형 왜곡이 허용 수준 이하가 될 때까지 도 1의 (가)처럼 4개의 사각형으로 나누어 가며 반복적으로 지형 데이터를 분할한다. QuadTree 모델과 아주 유사한 모델로서, 도 2의 (나)처럼 Quaternary 삼각화 모델이 있다. 단지 차이점은 도 1의 (가)처럼 지형의 분할을 직사각형 단위가 아닌 삼각형 단위로 한다는 것이다. QuadTree 기반 모델이나 Quaternary 삼각화 모델은 모두 분할 경계면 상에서 공간적 불일치가 발생한다는 단점을 가지고 있으며, De Floriani에 의해 제안된 Ternary triangulation 모델은 도 1의 (다)처럼 삼각 패치 내에서 에러가 가장 큰 점을 찾아 나머지 세 꼭지점과 연결하여 도메인을 분할해 나감으로써, 공간 불일치의 문제를 해결하였다. 그러나, Ternary 삼각화 모델은 생성된 삼각 패치의 모양이 지나치게 찌그러지는 단점이 있다.Finally, the recursive partitioning model is a hierarchical terrain model obtained by repeating the process of dividing the entire space regularly and repeatedly. The first study of the multi-resolution terrain model based on the hierarchical method was based on QuadTree as shown in FIG. The top node of the QuadTree represents the entire terrain, and the terrain data is repeatedly divided into four quadrangles as shown in (a) of FIG. 1 until the terrain distortion of each leaf node is less than the allowable level. Very similar to the QuadTree model, there is a Quaternary triangulation model as shown in FIG. The only difference is that the division of the terrain is done in triangular units rather than rectangular units as shown in FIG. Both QuadTree-based models and Quaternary triangulation models have the disadvantage that spatial inconsistency occurs on the partition boundary, and the Ternary triangulation model proposed by De Floriani has the largest error in the triangular patch as shown in Fig. 1 (c). We solved the problem of spatial inconsistency by dividing the domain by connecting with the other three vertices. However, the Ternary triangulation model has a disadvantage in that the shape of the generated triangular patch is excessively distorted.

본 발명은 상기에서 설명된 것처럼 지형 분할 경제면에서의 공간적 불일치를 제거 함과 동시에 저장 공간의 비용을 줄이고, 빠른 지형 생성과 이용 목적에 따라 필요로 하는 지형 데이터의 질적 수준을 만족시킬 수 있는 지형 모델을 개발하는데 그 목적이 있다.As described above, the present invention eliminates spatial inconsistency in terms of terrain segmentation economy and at the same time reduces the cost of storage space, and provides a terrain model capable of satisfying the quality level of terrain data required for fast terrain generation and use purpose. Its purpose is to develop it.

이런 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 대량의 지형 정보를 이진 분할법에 기반하여 공간 분할하기 위한 자료 구조 생성과 분할된 삼각형들간의 위상 관계, 지형 데이터로부터 삼각형들의 인덱스를 생성하는 지형 생성 알고리즘, 고정된 에러 값에 의한 고정 해상도 지형 모델 추출 알고리즘, 스크린에 사영된 삼각형의 면적을 에러값으로 하는 가변 해상도 지형 모델 추출 알고리즘으로 구성되는 특징이 있다.In order to achieve this object, the present invention provides a data structure for spatially partitioning a large amount of terrain information based on a binary partitioning method, a topological relationship between partitioned triangles, a terrain generation algorithm for generating indexes of triangles from terrain data, and fixing. The fixed resolution terrain model extraction algorithm based on the error value, and the variable resolution terrain model extraction algorithm using the area of the triangle projected on the screen as an error value.

도 1은 이진 분할법으로 지형이 공간 분할되는 과정1 is a process in which the terrain is spatially divided by binary division

도 2는 분할된 삼각형들간의 위상 관계2 is a phase relationship between the divided triangles

도 3은 도 2의 관계를 이용하여 삼각형 세 꼭지점을 찾는 알고리즘3 is an algorithm for finding three vertices of triangle using the relationship of FIG.

도 4는 에러에 의해 지형 데이터가 삼각형으로 분할될 때 삼각형간에 공간적 불연속성이 발생할 수 있는 경우4 illustrates a case in which spatial discontinuity may occur between triangles when terrain data is divided into triangles due to an error.

도 5는 고정 해상도 지형 추출 알고리즘5 is a fixed resolution terrain extraction algorithm

도 6은 고정 해상도 지형 추출 알고리즘에 의해 생성된 지형 모델 및 가변 해상도 지형 추출 알고리즘에 의해 생성된 지형의 모습6 is a view of a terrain model generated by a fixed resolution terrain extraction algorithm and a terrain generated by a variable resolution terrain extraction algorithm;

이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, described in detail by the accompanying drawings as follows.

도 1의 (가)는 이진 분할법으로 지형이 공간 분할되는 모양을 나타낸다. 각 분할된 삼각형들은 고유한 인덱스를 할당 받으며, 고정 해상도 추출을 위한 에러 값을 저장하게 된다. 이 에러 값은 삼각형을 이루는 평면과 그 평면안에 포함된 지형 데이터와의 최대 거리이다. 모든 지형 데이터들이 삼각형을 구성할 때 까지 지형 생성의 과정은 도 1의 (가)처럼 계속된다. 도 1의 (나)는 지형 공간이 분할 될 때 각 삼각형간의 모자 관계를 나타낸다. 분할된 삼각형들간의 위상 관계는 도 2에서처럼 클러스터 형태를 가진다. 클러스터는 이진 분할법에 의해 나타날 수 있는 삼각형의 형태를 보여주며, 2가지 경우로 나뉜다. 도 2의 (가)는 odd 클러스터, 도 2의 (다)는 even 클러스터로 칭하고, 각 분할된 삼각형은 반드시 도 2의 (가) 또는 (다)중의 한가지 모양을 하며, 삼각형의 세 꼭지점을 구하는데 이용된다. 클러스터는 그 자신의 길이, 중심점 및 위상으로 구성되어 있다. 분할된 삼각형 인덱스는 간단한 이진수 연산에 의해 그 길이와 중심점 및 위상이 구해진다. 도 2의 (나)와 (라)는 각 삼각형이 분할될 때 분할된 삼각형의 위상 변화 관계를 보여준다. 도 2의 (라)와 (마)는 현재의 위상, 길이 그리고 중심점을 이용하여 분할된 삼각형과의 세 꼭지점을 찾는 관계식을 보여주며, 도 3은 삼각형 세 꼭지점을 찾는 알고리즘이다.Figure 1 (a) shows the shape that the terrain is spatially divided by the binary division method. Each divided triangle is assigned a unique index and stores an error value for fixed resolution extraction. This error value is the maximum distance between the triangular plane and the terrain data contained within it. The terrain generation process continues as shown in FIG. 1 until all terrain data form a triangle. Figure 1 (b) shows the hat relationship between the triangles when the terrain space is divided. The phase relationship between the divided triangles has a cluster shape as shown in FIG. 2. The cluster shows the shape of a triangle that can be represented by binary division, and is divided into two cases. 2 (a) is called an odd cluster and FIG. 2 (c) is called an even cluster, and each divided triangle must have one of (a) or (c) of FIG. 2 to obtain three vertices of the triangle. It is used to The cluster consists of its own length, center point and phase. The partitioned triangular index is obtained by a simple binary operation to obtain its length, center point, and phase. 2 (b) and (d) of FIG. 2 show the phase change relationship of the divided triangle when each triangle is divided. (D) and (E) of FIG. 2 show relational expressions for finding three vertices with a divided triangle using a current phase, a length, and a center point, and FIG. 3 shows an algorithm for finding three vertices of a triangle.

상기의 관계를 이용하여 고정 해상도 지형 추출 알고리즘은 이미 도 1의 (가)처럼 생성된 지형에서 원하는 수준의 해상도를 갖도록 사용자의 에러에 의해 지형을 추출하는 것이다. 도 4는 에러에 의해 지형 데이터가 삼각형으로 분할될 때 삼각형간에 공간적 불연속성이 발생할 수 있음을 보여준다. 이는 인접 삼각형을 강제로 분할함으로써 공간적 불연속성 문제를 해결할 수 있고, 인접 삼각형은 삼각형 인덱스의 위상 관계로 쉽게 알 수 있다. 지형의 빠른 추출을 위해 관찰자의 위치에서 보이지 않는 삼각형과, Viewing volume 밖의 삼각형은 제외한다. 고정 해상도지형 추출 알고리즘은 도 5에 나타나 있다. 가변 해상도 지형 추출 알고리즘은 고정 해상도 지형 추출 알고리즘과 크게 다르지 않다. 단지 스크린상에 사영된 삼각형들의 면적을 사용자 에러 값으로 하여 지형의 분할 여부를 결정한다.Using the above relationship, the fixed resolution terrain extraction algorithm extracts the terrain by the user's error so as to have a desired level of resolution in the terrain already created as shown in FIG. 4 shows that spatial discontinuity may occur between triangles when terrain data is divided into triangles due to an error. It is possible to solve the spatial discontinuity problem by forcibly dividing adjacent triangles, and the adjacent triangles can be easily identified by the phase relationship of triangle indices. Triangles not visible at the viewer's location and triangles outside the viewing volume are excluded for quick extraction of the terrain. The fixed resolution terrain extraction algorithm is shown in FIG. The variable resolution terrain extraction algorithm is not very different from the fixed resolution terrain extraction algorithm. Only the area of the projected triangles on the screen is used as a user error value to determine whether to divide the terrain.

상기에 설명된 알고리즘들은 사용자 에러에 의해 지형을 실제 지형에 근사화하면서 삼각형의 개수를 줄일 수 있다. 도 6의 (가)는 고정 해상도 지형 추출 알고리즘에 의해 생성된 지형 모델이며. 도 6의 (나)는 가변 해상도 지형 추출 알고리즘에 의해 생성된 지형의 모습을 보여 주고 있다. 여기서 적절한 사용자 에러에 의해 지형의 심한 왜곡을 발생시키지 않으면서 실제 지형에 가까운 지형을 실시간에 처리할 수 있는 성능을 보여 줄 수 있는 것이다.The algorithms described above can reduce the number of triangles while approximating the terrain to the actual terrain by user error. 6A is a terrain model generated by a fixed resolution terrain extraction algorithm. 6B shows the appearance of the terrain generated by the variable resolution terrain extraction algorithm. Here, it is possible to show the ability to process the terrain close to the actual terrain in real time without causing severe distortion of the terrain by appropriate user error.

이상에서 상술한 바와같이 본 발명은 대량의 지형 정보를 실시간으로 처리 할 수 있는 장점과 다양한 수준의 해상도를 제공한다. 이진 분할법에 의한 지형의 공간 분할로 삼각형들간의 위상 관계를 명확히 하기 때문에 기존의 방법들보다 저장 공간의 비용 축소 및 데스크 탑 환경에서도 적용할 수 있다. 향후 3D GIS분야와 같은 지형 정보 처리 분야 및 지형 기반 비주얼 시뮬레이션등에 그 활용 폭이 크리라 기대된다.As described above, the present invention provides an advantage of processing a large amount of terrain information in real time and various levels of resolution. Spatial partitioning of the terrain by binary partitioning makes the phase relationship between triangles clear, which makes it possible to reduce the cost of storage space and to apply it to the desktop environment. In the future, it is expected to be widely used in terrain information processing fields such as 3D GIS and terrain-based visual simulation.

Claims (1)

대량의 지형 정보를 실시간으로 처리 할 수 있는 다중 해상도 지형 모델에 관해서,Regarding multi-resolution terrain models that can process large amounts of terrain information in real time, 이진 분할법에 기반한 분할된 삼각형들간의 위상 관계 및 세 꼭지점 찾기,Find the three vertices and the phase relationship between the divided triangles based on binary division 지형의 생성 알고리즘,Terrain generation algorithm, 고정 해상도 지형 알고리즘,Fixed resolution terrain algorithm, 가변 해상도 지형 알고리즘.Variable resolution terrain algorithm.
KR1020010030633A 2001-05-31 2001-05-31 Multiresolution Terrain Model Based on Binary Segmentation KR20020091733A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020010030633A KR20020091733A (en) 2001-05-31 2001-05-31 Multiresolution Terrain Model Based on Binary Segmentation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020010030633A KR20020091733A (en) 2001-05-31 2001-05-31 Multiresolution Terrain Model Based on Binary Segmentation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20020091733A true KR20020091733A (en) 2002-12-06

Family

ID=27707436

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020010030633A KR20020091733A (en) 2001-05-31 2001-05-31 Multiresolution Terrain Model Based on Binary Segmentation

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20020091733A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012134235A2 (en) * 2011-04-01 2012-10-04 에스케이씨앤씨 주식회사 Method and system for generating parallel processing based terrain model

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012134235A2 (en) * 2011-04-01 2012-10-04 에스케이씨앤씨 주식회사 Method and system for generating parallel processing based terrain model
WO2012134235A3 (en) * 2011-04-01 2012-12-27 에스케이씨앤씨 주식회사 Method and system for generating parallel processing based terrain model

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Labatut et al. Robust and efficient surface reconstruction from range data
De Floriani A pyramidal data structure for triangle-based surface description
Heckbert et al. Survey of polygonal surface simplification algorithms
Fujishiro et al. Volumetric data exploration using interval volume
De Floriani et al. A survey on data structures for level-of-detail models
He et al. Collision detection for volumetric objects
Weiss et al. Simplex and diamond hierarchies: Models and applications
Meyer et al. Particle systems for efficient and accurate high-order finite element visualization
Nguyen-Gia et al. A comparative survey of 3D GIS models
Yang et al. A hybrid spatial index for massive point cloud data management and visualization
KR101032397B1 (en) Apparatus and method for representing 3d shape using spherical coordinate system
Dobkin Computational geometry and computer graphics
Glander et al. Techniques for generalizing building geometry of complex virtual 3D city models
Fellegara et al. Terrain trees: a framework for representing, analyzing and visualizing triangulated terrains
KR20020091733A (en) Multiresolution Terrain Model Based on Binary Segmentation
Weiss et al. Bisection-based triangulations of nested hypercubic meshes
de Ruiter Advances in computer graphics III
Dixon et al. A data structure for artificial terrain generation
Amiraghdam et al. LOOPS: LOcally Optimized Polygon Simplification
Jan et al. Shortest path-planning on polygonal surfaces with O (nlog n) time
Crispell A continuous probabilistic scene model for aerial imagery
Zarrabeitia et al. Multiresolution terrain modeling using level curve information
Adams Point-based modeling, animation and rendering of dynamic objects
Bertolotto et al. Hierarchical hypersurface modeling
Wuensche A survey and analysis of common polygonization methods and optimization techniques

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application