[发明专利]一种基于二维和三维一体化矢量渲染引擎的装置

说明书

技术领域

本发明属于对地观测与导航技术领域，更具体是涉及计算机上二、三维空间矢量数据可视化过程中的渲染装置，可用于地理信息系统与服务的应用开发。

背景技术

二、三维矢量渲染是计算机图形技术应用的一个重要方面。矢量渲染引擎是指将矢量数据以渲染原语渲染到位图或者显示设备上。二维矢量渲染引擎通过定义线宽、线型、颜色、填充类型等渲染原语来达到多样化渲染二维矢量数据的目的。三维矢量渲染引擎通过定义三角形、顶点索引、颜色、纹理坐标等渲染原语来达到多样化渲染三维矢量数据的目的。

二维矢量渲染引擎，如GDI，GDI+，Agg，Skia，Cario等一般是基于CPU直接实现的，它们具备以二维渲染原语渲染矢量数据的能力。但受限于CPU整数运算器，基于CPU运算的二维矢量渲染引擎的图形渲染性能不如基于GPU的三维矢量渲染引擎。三维矢量渲染引擎，如OpenGL，Direct3D，OpenGL ES，WebGL等都是基于GPU硬件实现的，它们具有非常高的渲染性能，更好的渲染效果，也更加节能。虽然各种三维引擎都是以三维矢量渲染原语为基础，但是不同的三维渲染引擎在调用接口上比较迥异。为了提高二维矢量渲染的性能，一些二维矢量渲染引擎也具备使用GPU硬件加速的能力，实际上是将三维矢量渲染引擎内置于二维矢量渲染引擎的内部，二维矢量渲染引擎将二维渲染原语转换成三维渲染原语并直接调用三维渲染引擎渲染出结果，如Skia，Cario等二维矢量渲染引擎就具备这样的硬件加速能力。

在地理信息系统领域，一些三维场景应用中需要在某个平面上渲染出二维图形，也就是需要同时使用到三维和二维矢量渲染引擎的能力。然而，计算机二维、三维矢量渲染引擎在引擎的输入数据类型、渲染原语定义上存在区别，导致二维、三维一体化矢量渲染难以达到理想的效果，比较突出的问题有：

1）目前常用的二维矢量渲染引擎和一些操作系统平台或者硬件平台耦合比较紧密，这导致使用二维矢量渲染引擎的图形软件在不同平台上移植的时候需要更高的成本。

2）在同一图形软件中，如果同时使用基于GPU硬件加速的二维矢量渲染引擎渲染二维场景，使用三维矢量渲染引擎渲染三维场景时可能会导致不同或者多个三维矢量渲染引擎因使用GPU硬件出现冲突。

3）通常情况下，将二维矢量数据渲染到三维场景中都是先渲染二维矢量数据为位图，然后转换成纹理并渲染到三维场景中，其性能较低并且降低了矢量数据最终显示的效果。

为此，针对上述技术问题，本发明提供一种二、三维一体化矢量渲染引擎的装置，所述引擎提供绘制原语转换功能，即将二维绘制原语转换成三维绘制原语，二维绘制原语是功能的输入，三维绘制原语是功能的输出。三维矢量数据直接调用三维矢量渲染引擎完成渲染，二维矢量数据将经过一体化渲染引擎分线、面、图片和文字不同类型处理形成三维绘制原语，然后由三维矢量渲染引擎完成最终渲染，中间并不生成位图，从而达到二、三维一体化快速显示的目的。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明实现了一种二维和三维一体化矢量渲染引擎的装置和方法，提供绘制原语转换功能，即将二维绘制原语转换成三维绘制原语，二维绘制原语是功能的输入，三维绘制原语是功能的输出，如图1所示，所述引擎完成二维矢量数据和三维矢量数据的渲染，三维矢量数据直接调用三维矢量渲染引擎完成渲染，二维矢量数据将经过一体化渲染引擎分线、面、图片和文字不同类型处理形成三维绘制原语，然后由三维矢量渲染引擎完成最终渲染，如图2所示。

线渲染通过定义颜色、线宽、线型语义来渲染折线、曲线矢量数据。线绘制原语转换根据颜色、线宽、线型转换为三维绘制原语，一个带颜色值的顶点数组和一个索引数组就是线绘制原语到三维绘制原语转换的结果，线原语转换过程需要根据线的类型转换线的端头为平头或者圆头，如果是圆头则需要插入多个顶点形成三角形扇形模拟端头的圆弧，相应的顶点和索引应加入顶点和索引数组形成更为复杂的三维渲染原语；对于多段折线也需要在线段间衔接处生成圆弧衔接的扇形，平角衔接类型的线型需要考虑线段夹角为锐角时会计算出的尖头。