【摘要】：大數(shù)據(jù)時代的到來使得人類社會數(shù)據(jù)的種類和存儲規(guī)模以前所未有的速度增長,數(shù)據(jù)的規(guī)模化效應給地圖可視化帶來了極大的挑戰(zhàn),傳統(tǒng)地圖可視化方式正在發(fā)生變革。隨著數(shù)字地球、虛擬地理環(huán)境、虛擬地理場景等概念被相繼提出,人們不再滿足于二維地圖的抽象表達而更傾向于三維場景的逼真展示。在解決大規(guī)�？臻g數(shù)據(jù)可視化和實時繪制的問題上,層次細節(jié)(Level of Detail,LOD)方法作為一種模型表示方法能夠有效地控制復雜場景的數(shù)據(jù)簡化�，F(xiàn)有的靜態(tài)LOD方法在層次粒度與存儲占用上存在著不可調(diào)和的矛盾,不能從根本上解決問題�，F(xiàn)有的動態(tài)LOD方法在原始數(shù)據(jù)結構上進行簡化,再處理為圖形硬件支持的圖元進行渲染,海量實時的剖分和顯存1O過程導致其渲染效率低下,難以滿足大規(guī)模場景的渲染需求。針對透視投影下現(xiàn)有矢量地圖動態(tài)LOD繪制方法存在的問題,本文利用相鄰尺度下地圖要素的幾何形態(tài)具備相似性的特點,使用一種既可進行簡化又可直接用于渲染的梯形格網(wǎng)結構,并設計透視投影下梯形格網(wǎng)的簡化算法,將簡化與剖分的過程統(tǒng)一,在此基礎上進一步研究GPU(Graphic Processing Unit)環(huán)境下矢量地圖動態(tài)LOD繪制方法。通過該方法避免了傳統(tǒng)方法中存在的計算冗余和數(shù)據(jù)冗余問題,提高地圖的渲染效率,為三維場景下矢量地圖的渲染提供了一種新的解決方案。本文的研究內(nèi)容和主要成果如下:(1)透視投影下梯形格網(wǎng)的簡化算法設計。首先,本文設計了一種視點相關的權重計算方法。之后,進行線、面幾何要素的剖分,使用剖分結果完成梯形格網(wǎng)的構建。最終,基于梯形格網(wǎng)結構,兼顧拓撲保持和一致性的原則設計了透視投影下線、面梯形格網(wǎng)的簡化算法,并使用一種避免梯形格網(wǎng)自相交的方法,實現(xiàn)了 LOD繪制過程中簡化與剖分的統(tǒng)一。(2)基于梯形格網(wǎng)的矢量地圖動態(tài)LOD渲染方法。首先,探討地圖簡化的影響因素,詳細分析地圖操作、要素可見性對地圖簡化的影響。其次,依據(jù)梯形格網(wǎng)及其簡化算法設計了高效的梯形格網(wǎng)LOD方法對梯形格網(wǎng)進行簡化,并研究了梯形格網(wǎng)的索引緩沖對象(Element Buffer Object EBO)更新方法。最終,設計了一種硬件環(huán)境下視點相關的矢量地圖動態(tài)LOD渲染方法,進行簡單符號化并設計地圖緩存以提高其渲染效率。(3)地圖可視化平臺設計�；谏鲜龅难芯砍晒�,設計了可視化平臺的渲染引擎框架,并實現(xiàn)了本文提出的算法。之后,設計了渲染效果實驗,驗證了本文方法的適用性;設計了本文方法與Mapbox矢量瓦片方法的渲染效率對比實驗,驗證了本文方法的實用性與高效性。本文方法的提出為三維場景下矢量地圖的渲染和大規(guī)模數(shù)據(jù)探索性分析提供了新的解決方案。
【圖文】：

２．１．１地圖可視化模型逡逑ＤｉｄａＳｅ（１９９０）針對數(shù)據(jù)探索分析及科學可視化提出了地圖可視化的框架，如逡逑下圖２．１所示。其模型中考慮了地圖可視化在科學研究中所起到的作用，并且強逡逑調(diào)了地圖在研宄順序中所承擔的角色。Ｄｉｄａｓｅ認為可視化前期強調(diào)視覺思維，可逡逑視化后期強調(diào)信息傳輸。Ｄｉｄａｓｅ把可視化過程依次分為探索，，確認，合成和表達。逡逑其中，探索偏重于個人領域的視覺思維過程，以發(fā)現(xiàn)問題的模式與關系；確認是逡逑個人初步驗證模式與關系的合理性；合成則是從一個更為宏觀的角度綜合考慮問逡逑題，表達是把分析結果進行展示。Ｄｉｄａｓｅ理論將地圖可視化從視覺思維到視覺傳逡逑輸?shù)慕y(tǒng)一劃分，使得側(cè)重于視覺思維與視覺分析研究的地理學和側(cè)重于視覺交流逡逑傳輸研宄的地圖學重新結合起來。逡逑視覺思維邐視覺傳輸逡逑探索逡逑確認邐合成逡逑＾＾表達逡逑＾邋ｉ逡逑公共領域逡逑圖２．１邋Ｄｉｄａｓｅ地圖可視化模型（Ｄｉｄａｓｅ邋，１９９０）逡逑１３逡逑

化是現(xiàn)代地圖學的核心，傳輸是可視化的目的，認知和分析模型是可視化的重要逡逑內(nèi)容（陳毓芬等，１９９７）。Ｔｏｌａｙｅｒ基于計算機技術和地圖的作用，圍繞可視化建立逡逑了地圖可視化模型，如圖２．２所示。地圖理論原則與計算機技術分別作為地圖可逡逑視化的理論基礎和技術支撐，認知分析和傳輸則構成了可視化的兩大主要作用。逡逑計算機技術是地圖從平面到立體，從靜態(tài)到動態(tài)，從不可交互到可交互，從傳統(tǒng)逡逑介質(zhì)到現(xiàn)有介質(zhì)不斷發(fā)展的技術保障，而信息的傳輸與認知分析則是可視化的主逡逑要目的。Ｔｏｌａｙｅｒ認為視覺傳輸是主要的，但非可視的如聲音和觸覺也是不可忽逡逑視的，隨著地圖可視化由二維向三維的轉(zhuǎn)變，虛擬環(huán)境和地理場景的概念的出現(xiàn)，逡逑驗證了邋Ｔｏｌａｙｅｒ可視化模型的先瞻性。逡逑．S緬危奘踴五義�，邋｜逦％辶x轄換ビ攵義俠礪墼蟈義希ㄐ錄撲慊際酰╁義賢跡玻插澹裕錚歟幔澹虻贗伎墑踴Ｐ停ǎ裕錚歟幔澹潁澹桑ⅲ矗╁義希停幔悖牛幔悖瑁澹潁澹睿ㄥ澹保梗梗矗┰虼擁贗嫉氖褂迷虺齜

本文編號：2592913