[发明专利]三维场景中建筑物注记的自动放置方法

说明书

本发明方法公开了一种三维场景中建筑物注记的自动放置方法，该方法针对三维建筑物的几何形态特征，在预处理阶段为每个建筑物模型构建包含固定朝向注记和动态朝向注记的候选注记集，在交互浏览阶段根据视点相关的注记评价算法筛选最优注记。将注记投影到屏幕空间冲突处理时，根据注记的全局优先级采用贪心算法依次放置注记。与现有技术相比，本发明方法的实时计算量小，并且能够适应视角、视距和可视性的动态变化，有效保持注记与建筑物要素的关联性。此外，采用贪心算法按照优先级顺序依次放置注记，可在高效处理屏幕空间注记冲突的同时，保留离视点较近、冲突度较低及具有较高建筑物显著性的注记，提高全局注记的可读性。

技术领域

本发明属于地理信息科学和计算机图形学领域，具体涉及三维场景中建筑物注记的自动放置方法。

背景技术

目前在二维地图注记放置及三维场景中注记放置方面的相关研究包括如下几个方面：

(1)二维地图注记放置

文字注记的自动放置一直是二维地图学中的一个研究热点，按照被注记要素的类型可将地图文字注记划分为点要素注记、线要素注记、面要素注记。二维注记研究聚焦于要素注记的自动放置问题。Edmondson et al.认为地图注记的自动放置可分为候选位置生成、注记位置评价和方案选择三个阶段。

在候选位置生成阶段，分别对每个要素生成多个候选位置。Christensen et al.提出对于点要素注记，可选取点周围的四个或八个矩形区域作为文字注记候选位置。线要素注记通常以要素中心线或沿线分布的缓冲区为候选位置，必要时将线要素分为多段重复注记。面要素注记的候选位置生成方法可分为两种，一种是选取面要素区域内若干个特征点作为其候选位置，从而将面要素注记转化为点要素注记问题；另一种方法则提取面要素骨骼线，以骨架线为注记候选位置。

在注记位置评价阶段，根据候选位置与被注记要素的相对空间关系对每个候选注记进行评价。在方案选择阶段，从一系列候选位置中为每个要素选择一个位置，以获取最合适的注记方案。二维要素文字注记均在一个平面上，在大多数算法中，这种平面注记的放置被看作全局最优问题，即给定每个注记的候选位置，在确保没有互相压盖的情况下，在平面上放置最多数量的注记，这被证明是一个NP-hard问题。Steven Zoraster等采用启发式搜索算法来解决这一组合优化问题。在二维电子地图中，为取得交互效率与全局注记放置效果的平衡，多采用贪心算法来实现注记的快速放置。

(2)通用三维注记研究

尽管二维注记研究已较为充分，但二维注记方法难以直接应用于三维注记中。与二维注记类似，三维注记具有视觉和空间属性，其文字大小、位置和朝向等属性在对象空间中均存在固定不变或动态变化两种不同的样式。注记的视觉属性包括文字内容、色彩、字体类型、文字大小等。文字大小固定的类型规定注记与被注记物体的尺寸始终保持一致，类似于现实场景中的标识牌，存在着远处注记尺寸过小难以识别的缺陷。在动态变化情况下，文字基于视点距离缩放，使得场景中较远对象的注记依旧保持较高的可读性。

注记的空间属性包含位置和朝向，体现着其与被注记对象的关联性。其中注记的位置可能是固定的或动态变化的。固定位置的注记在对象空间中位置保持不变。现有的三维虚拟地球引擎多采用固定位置的文字注记，例如，Google Earth将建筑物注记放置在建筑物的顶部的某一个固定位置。但由于不同视角下要素在屏幕空间中呈现的形状不一致，固定位置的注记难以在多个视角下保持与被注记要素的相关性，并存在被遮挡的可能。相比而言，位置动态变化的注记则随着要素在屏幕空间中呈现的形状动态调整位置，以确保在不同的视角下，注记始终保持较高的可视性及对象关联性。