一种基于几何片结构的三维地图渲染优化方法及系统与流程

本发明涉及地理模型，特别是指一种基于几何片结构的三维地图渲染优化方法及系统。

背景技术：

1、地理模型技术领域关键涉及对地球表面空间信息的数字化表达与三维重建，包括地形数据采集、空间坐标组织、多边形网格构建、纹理映射以及可视化显示核心事项，其通过对地形高程数据、影像数据和矢量数据进行处理，将离散点数据转换为规则或不规则三角网结构，并结合视点位置进行空间变换与光栅化处理，从而形成可交互的三维地图场景，该领域还涉及层次细节表达、视锥裁剪以及深度排序基础处理流程，用于支撑复杂地理场景的连续显示与空间分析。其中，传统三维地图渲染优化方法及系统是指针对三维地图场景在显示过程中的计算负担问题，通过对地形网格进行分块划分，将连续地形划分为多个规则几何片单元，在渲染时根据视点位置选择对应片单元，利用预先建立的层次细节数据对远近区域分别加载差异化分辨率的三角网模型，并在绘制过程中通过顶点坐标变换、三角形拼接以及纹理坐标插值完成图形生成，同时结合深度缓冲区进行遮挡关系判断以及按照空间位置顺序逐片提交几何片进行光栅化处理，以完成整体三维地图的显示过程。

2、现有技术通过深度缓冲区判断遮挡关系并按空间位置逐片提交几何片进行光栅化计算，这种依赖后期深度测试的逐片处理运作模式在面临复杂地形与密集城市建筑时极易产生批量不可见片段的冗余渲染，频繁的深度对比与无效图形绘制大幅增加系统计算负担与内存带宽消耗，易引发大范围场景漫游过程中的渲染延迟与画面卡顿，进而降低三维地图整体交互流畅度与空间分析实际执行效率。

技术实现思路

1、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种基于几何片结构的三维地图渲染优化方法，包括以下步骤：

2、s1：获取视点空间位置与监控方向向量，对监控方向向量执行归一处理并延伸形成视线轨迹，划分视线轨迹并计算划分位置坐标，生成采样点空间分布结构；

3、s2：获取所述采样点空间分布结构，提取采样点在地形网格数据块位置，按采样顺序计算位置深度并排列，生成地理深度分布序列；

4、s3：获取所述地理深度分布序列，计算相邻位置深度差并执行区段划分，将深度差超过预设阈值区段标记并记录区间范围，生成地理遮挡区段集合；

5、s4：基于所述地理遮挡区段集合比较顶点空间分布结构并划分几何片，获取几何片顶点集合，并映射至城市建筑几何片网格区域形成顶点空间分布结构，生成几何片空间分类结构；

6、s5：获取所述几何片空间分类结构，剔除裁剪几何片并处理保留几何片顶点变换与光栅计算，生成三维地图渲染优化方案。

7、作为本发明的进一步方案，所述采样点空间分布结构包括轨迹沿线采样坐标、视线步进距离、分段采样节点标识，所述地理深度分布序列包括网格模型透视深度值、地形高程落差量、采样点视距标量，所述地理遮挡区段集合包括突变超限深度区间、地形遮挡包围盒、不可见盲区跨度，所述几何片空间分类结构包括待剔除建筑面片、可视保留网格簇、几何相交边界线，所述三维地图渲染优化方案包括无效面片剔除指令、保留几何体绘制层级、场景重构拓扑图。

8、作为本发明的进一步方案，所述视线轨迹：由视点出发沿归一化监控方向向量延伸形成的一条用于采样与空间分析的直线路径。

9、作为本发明的进一步方案，所述几何片顶点集合：构成单一几何片的所有顶点坐标的集合，用于描述其空间形状与位置。

10、作为本发明的进一步方案，s1的具体步骤为：

11、s101：获取视点空间位置坐标与监控方向向量分量，计算向量模长作为方向模值，采用分量分别计算方向模值执行归一处理，得到单位方向分量集合，生成方向归一向量；

12、s102：基于所述方向归一向量与所述视点空间位置坐标执行标量倍增运算，设定延伸距离序列作为步进基准，对距离值与方向归一向量逐项计算并叠加至视点坐标，形成多点坐标集合，得到视线轨迹坐标序列；

13、s103：根据所述视线轨迹坐标序列计算相邻点间距离差值，设定距离划分间隔参数并执行区间分段，将轨迹点映射至对应距离区间索引，建立点坐标与区间编号关联关系，生成采样点空间分布结构。

14、作为本发明的进一步方案，s2的具体步骤为：

15、s201：获取所述采样点空间分布结构，根据地形网格数据块集合，执行坐标匹配计算，依据最小坐标差值确定采样点对应网格单元编号，建立点坐标与网格编号映射关系，生成采样点网格映射表；

16、s202：根据所述采样点网格映射表检索网格高程值集合，执行差值计算，依据相邻网格高程差值与采样点偏移比例确定深度值，形成采样点对应深度数值集合，得到采样点深度值序列；

17、s203：基于所述采样点深度值序列与所述采样点空间分布结构索引顺序执行重排计算，建立深度值与空间顺序索引关联关系，生成地理深度分布序列。

18、作为本发明的进一步方案，s3的具体步骤为：

19、s301：获取所述地理深度分布序列，根据空间索引序列，计算相邻位置深度差值并取绝对值，形成变化幅度序列，得到深度变化幅度序列；

20、s302：根据所述深度变化幅度序列与预置深度变化预设阈值执行区段划分，将低于预设阈值位置归并为连续区段，将超过预设阈值位置作为分割点，建立区段编号与索引范围关系，生成连续区段索引表；

21、s303：基于所述连续区段索引表与所述深度变化幅度序列筛选包括超预设阈值位置区段，标记区段属性并提取起止索引对应空间坐标范围，建立区段编号与空间范围关联关系，生成地理遮挡区段集合。

22、作为本发明的进一步方案，s4的具体步骤为：

23、s401：获取所述地理遮挡区段集合与所述根据几何片顶点集合，执行区间比较，将顶点坐标与区段范围逐项比对，建立顶点与区段编号对应关系，生成顶点区段映射表；

24、s402：根据所述顶点区段映射表与所述城市建筑几何片网格区域执行空间映射，将顶点坐标映射至网格单元并关联几何片编号，建立顶点与网格区域对应关系，得到顶点网格分布表；

25、s403：基于所述顶点网格分布表与所述顶点区段映射表执行分类判断，统计几何片内顶点落入区段数量与总数比值，依据预设比例阈值划分裁剪与保留类别，建立几何片编号与类别关联关系，生成几何片空间分类结构。

26、作为本发明的进一步方案，s5的具体步骤为：

27、s501：获取所述几何片空间分类结构，执行分类检索，将裁剪类别几何片编号与保留类别几何片编号分别提取，建立几何片编号与分类标签对应关系，生成几何片分类索引表；

28、s502：根据所述几何片分类索引表执行空间剔除，将裁剪类别几何片顶点坐标从网格数据中移除，同时保留类别几何片保持顶点坐标集合，形成筛选后几何片顶点集合，得到保留几何片顶点集；

29、s503：基于所述保留几何片顶点集执行渲染数据构建，将顶点坐标与网格索引关联并生成面片连接关系，建立几何片编号与渲染数据结构对应关系，生成三维地图渲染优化方案。

30、一种基于几何片结构的三维地图渲染优化系统，包括：

31、视线采样生成模块用于实现s1：获取视点空间位置与监控方向向量，对监控方向向量执行归一处理并延伸形成视线轨迹，划分视线轨迹并计算划分位置坐标，生成采样点空间分布结构；

32、深度序列构建模块用于实现s2：获取所述采样点空间分布结构，提取采样点在地形网格数据块位置，按采样顺序计算位置深度并排列，生成地理深度分布序列；

33、遮挡检测与区段划分模块用于实现s3：获取所述地理深度分布序列，计算相邻位置深度差并执行区段划分，将深度差超过预设阈值区段标记并记录区间范围，生成地理遮挡区段集合；

34、几何片分类与空间映射模块用于实现s4：基于所述地理遮挡区段集合比较顶点空间分布结构并划分几何片，获取几何片顶点集合，并映射至城市建筑几何片网格区域形成顶点空间分布结构，生成几何片空间分类结构；

35、渲染优化处理模块用于实现s5：获取所述几何片空间分类结构，剔除裁剪几何片并处理保留几何片顶点变换与光栅计算，生成三维地图渲染优化方案。

36、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

37、获取视点位置与监控方向并归一延伸形成视线轨迹，按划分位置计算地形网格深度构建地理深度分布序列，通过相邻深度差划分区段并将超预设阈值区段构建地理遮挡区段集合，基于遮挡区段对比顶点空间分布划分并映射几何片，在光栅计算前端主动剔除遮挡范围的裁剪几何片仅保留有效几何片执行变换，通过在渲染初期基于视线轨迹与地形深度精准识别并抛弃不可见区域，改变传统依赖后期深度缓冲区的验证模式，大幅降低无效顶点计算与光栅化压力并提升复杂场景渲染速率。