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专利号: 2023102251605
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于DEM影像的实时地形素描方法,其特征在于,包括:S1.数据处理;

S2.模型矩阵变换与观察矩阵变换;

S3.添加图元;

S4.投影矩阵变换;

S5.符号化处理;

S1包括:S1.1.以三维地形场景为基础,提取不同视觉变量条件下的地形轮廓线,添加图元绘制模型;

从规则格网DEM读取到坐标点数据,对坐标点数据重新建模,建模过程中将一个正方形格网划分成两个等腰直角三角形,在系统绘制模型的过程中,每个相邻的三角形的顶点不会共用;

S1.2.将已提取到的特征线的地理坐标,转换到三维场景中,添加图元绘制模型;

将与三维地形场景横纵坐标位置相应的z坐标值加入到特征线数据中;

S2包括:对S1.1和S1.2的结果进行模型矩阵变换和观察矩阵变换,分别使两个模型中所有的坐标点乘以各自的模型变换矩阵,这个过程中模型变换矩阵主要是对模型做出平移、旋转和缩放的操作,如式(1)所示:(1);

式中R为旋转变量, 为缩放向量, 为平移向量, 表示模型局部坐标系下的坐标值;

观察变换矩阵如式(2)所示:

(2);

式中R为右向量,即观察坐标系x轴在世界坐标系中的表示;U为上向量,即观察坐标系y轴在世界坐标系中的表示;D为方向向量,即观察坐标系z轴在世界坐标系中的表示,向量方向为物体位置指向摄像机位置;P为摄像机在世界坐标系中的位置,式(2)中,,,前都带有负号,即把世界坐标系平移到与摄像机移动的相反方向;

当模型乘以观察变换矩阵后,视觉变量中的观察点位置、目标点位置、观察方向与俯仰角度已纳入系统之中,视域角度与视觉景深在后续的投影矩阵变换中引入;

S3包括:在构建地形模型时,将一个格网拆分成两个等腰直角三角形进行可视化,最终的地形模型由大量的三角形组成,提取轮廓线的原理即判断一个三角形是否正对摄像机,若一个三角形正对摄像机,而它相邻的三角形没有正对摄像机,这两三角形的交接边即是地形的轮廓;针对DEM规则格网的数据特点,将数据归为同时参与渲染与演算的数据与只参与演算的数据,通过叉积计算判断三角形的正反面,即在观察坐标系中,三角形的法向量的z值为正,则三角形正对摄像机,如式(3)所示;

(3);

式中A、B、C为三角形的三个顶点,为三角形的法向量;

判断某一中央三角形是否正对摄像机,若不正对,则跳到下一个中央三角形;若正对,再判断三个邻接三角形是否正对摄像机,若有不正对摄像机的邻接三角形,其与中央三角形邻接线段即为轮廓线,需要添加黑色矩形图元,以充当素描图的线条,当三个邻接三角形判断完后,接着跳到下一个中央三角形,如此循环,直至遍历完所有的三角形;

在对地形轮廓线添加完图元后,则对地形特征线处进行图元添加,由于在ArcGIS提取到的地形特征线的文件已在模型中转化为线要素,且山谷线属于地形的固定纹理,不随着观察者方位变化而变化,故直接对线要素添加黑色矩形图元;

S4包括:对所有的地形场景要素与图元进行投影矩阵变换,投影变换矩阵会对每个坐标进行透视除法,使景深越大的坐标的xyz分量越小,透视除法如式(4)所示:(4)。

2.根据权利要求1所述的一种基于DEM影像的实时地形素描方法,其特征在于,S5包括:在添加图元阶段,将黑色矩形图元充当素描图的线条,对黑色矩形的边长做延长处理,对素描图的线条进行浓淡、粗细的区分,视觉景深越大,线条颜色越淡;线条所在的高程越低,线条越细,线条颜色浓淡通过控制线条的灰度值实现,即越浓则颜色越黑,越淡颜色越白;线条的粗细则是通过宽度系数与高程值确定,宽度系数可随意设定,能调控所有图元的宽度。