[发明专利]基于GPU的地图矢量线要素拐角合理性绘制方法

说明书

本发明涉及GIS领域和数字地图制图领域的一种符号化渲染技术，给出了一种基于GPU的地图矢量线要素拐角合理性绘制方法，实现了基于该方法的线状矢量要素合理绘制。该方法包括以下步骤：首先根据需要填充的地图符号单元生成相应的颜色结构表，并在颜色结构表中制定特定的列作为背景列。接着根据线宽构造三角化后的线三角网，将沿线走向的U参数和垂直于线走向的V参数传递给三角网中的每个顶点，在对顶点赋U值时，如果拐角处的填充是背景列，则调整U值。最后将此结构颜色表和U‑V参数传递到着色器程序中，利用Shader语言，根据每个顶点上的U‑V值，基于颜色结构表进行线要素的逐像素绘制。

技术领域

本发明涉及GIS领域和电子地图领域的一种符号化渲染技术，给出了一种基于GPU(Graphics Processing Unit)可编程流水线及Shader语言的地图线要素拐角合理性绘制方法。

背景技术

地理空间实体的符号化方法是地理信息领域和地图制图领域的重要研究内容。相比于常用的点符号和面符号，线符号由于其需要沿着线状要素的走向来填充绘制的特点，往往更加困难和耗时。除了常用的实线和虚线之外，地图表达中需要用的线型符号更为复杂。如城市主干道的线型符号是带有边框的双线图元；铁路符号是带有边框的黑白相间的图元；单边边界线符号是齿状的图元。这些线型符号利用不同几何形状组合而成一个带有语义信息的图元。传统的绘制方式是通过符号相关的特定函数，为每一个线型符号设计相应的绘制函数，这种方式应用场景固定，可扩展性不强。另一种常用的方式是利用组合绘制的方式来将地图符号分解，再根据分解出来的图元多次绘制矢量线；这种方式需要对原始的矢量线绘制多次，影响了其绘制效率。论文《面向GIS的矢量线状符号填充算法研究》(张海泉,潘懋,吴焕萍,等.《地理与地理信息科学》,2004,20(04):11-14.)介绍了这些基本方法。

由于地图符号的复杂性，也导致了在矢量线要素拐角处的绘制容易出现重绘、漏绘的问题，也就是拐角的不合理填充问题。这种不合理填充主要出现在用符号结构中不连续的部分绘制拐角，形成不一致的绘制；也出现在用符号结构中空白色来填充拐角，形成拐角的歧义，也就是说在拐角处既可以认为是连续的线，也可以认为是两条线。论文《基于GDI+的复杂线状符号优化算法》(秦佐,周晓光,刘军生,等.《测绘科学》,2011,04期(04):183-185.)在对线状符号的复杂性进行分析的基础上，总结了线状符号的基本组成结构以及在拐角处的绘制的转角问题。虽然该论文的方法提出了一种基于最小符号单元定位点的方案来解决拐角处的绘制问题，但其方法仍然是纯软件绘制的方法，对于线型符号的绘制需要多次重复的绘制才能表达符号的复杂结构；采用变换间隔距离的方式能够一定程度上避免在拐角处出现不合理的填充，但这种方式依赖于对矢量线要素的长度预先计算，且需不断调整间隔。在当前数据更新频率加快、数据获取精度不断提高、大数据的背景下，其绘制效率受到了极大的制约，也难以适应硬件加速绘制和GPU计算的技术趋势。名称为“基于GPU的地图线形符号绘制方法及系统”，申请号201310125110.6的中国专利，在分析地图线形符号绘制的难点的基础上，公开了一种在Shader程序里面定制线型地图符号的绘制方法。但这种方法严格依赖于Shader编程，不同的线型符号需要在Shader里面大量的编程才能实现绘制；对于如何将各种各样的复杂线型地图符号映射到GPU像素计算的方面并没有给出方法，对于如何处理拐角处的不合理绘制亦没有涉及。

因而，如何对矢量线要素的拐角进行合理性绘制是计算机地图绘制中的一个亟待解决的问题。这种拐角合理性绘制需要适应于多种线型地图符号，而且不能改变原始矢量线数据。

发明内容

本发明的目的是在GPU可编程流水线和着色器技术的基础上，针对矢量线要素在拐角处容易发生不合理绘制的问题，突破传统用多种不同的间隔模式来避免拐角处重绘漏绘的方式，实现基于符号结构的矢量线要素逐像素绘制，并在绘制过程中就进行拐角合理性处理。

本发明的技术方案是：

基于GPU的地图矢量线要素拐角合理性绘制方法，包括下列步骤：