[发明专利]一种国土数据的三维可视化方法

说明书

本发明公开了一种国土数据的三维可视化方法，包括预处理阶段和实时绘制阶段，预处理阶段包括以下步骤：将国土数据切片形成数据瓦片并根据数据瓦片所在的图层的上下关系构建数据瓦片的上下层级关系，国土数据包括地形数据和矢量数据，数据瓦片包括地形瓦片和矢量瓦片；将矢量瓦片中的线段配置成符号样式，同时根据上下层级关系指定图层在绘制时的优先级，符号样式包括线宽、颜色和透明度；以及将所有的矢量瓦片中构成线段的顶点数组和优先级均记录在RGB的三个通道中，形成一张矢量块纹理；采用线段这一线状符号进行渲染，矢量数据与地形数据完美贴合，避免矢量失真等情况，解决了三维环境下矢量瓦片与地形瓦片匹配的问题。

技术领域

本发明涉及三维可视化方法技术领域，具体来说，涉及一种国土数据的三维可视化方法。

背景技术

全国国土数据的内容包括土地资源数据和其他资源数据的影像数据、矢量数据、属性数据、报表数据和其他数据，数据种类多、数据体量大、数据关系复杂。从全国第二次土地调查开始，每年开展土地利用现状调查以及变更调查。由县级逐级汇总汇交至国家的土地调查成果数据，在空间上覆盖了全国范围（港澳台除外），时间上覆盖了2009至2017年共9个年份，数据总量约为300TB。其中，矢量数据总量约为15TB，包含约35亿个矢量要素。

随着城市地区在土地垂直空间的土地利用活动日益增多，传统的二维可视化方式难以对现实世界的三维土地利用空间进行直观表达，因此，国土数据的三维可视化是土地管理的现实需要，对矢量数据的三维可视化更是其中的重点和难点。

现有的矢量数据三维可视化方法主要为：基于纹理的三维可视化方法和基于几何的三维可视化方法。

（1）基于纹理的三维可视化方法中，直接将线状符号作为纹理图像的一部分，通常是预先将符号融合到纹理图像中，再将包含线状符号的纹理图像映射到地形表面，该方法保证符号与地形完全匹配。但纹理是有限分辨率的栅格图像，因而在场景缩放过程中栅格化的矢量边缘易产生锯齿走样现象，严重时将使用户对原始矢量形状判读错误，并且绘制效果不够灵活。同时，栅格纹理占用网络带宽和存储空间都较大，与地形强行贴地后拉伸扭曲严重，影响了矢量数据的三维可视化效果。

（2）基于几何的三维可视化方法中，矢量符号被当作独立的几何模型处理，预处理时利用DEM为原始矢量线节点赋予高程值，并根据实时地形条件对矢量线节点进行增删，从而实现线状符号与三维地形表面的贴合。但是根据地形起伏对矢量数据进行细分，增加了计算量和存储空间，在大范围多分辨率地形环境或动态地形环境中绘制效率很低，每帧都需要调整矢量折线的几何节点，在渲染大规模矢量数据时将造成系统无法承受的开销，严重影响到交互体验。虽然能够保证矢量要素在贴地显示时不变形，但只能适用于较小范围和数据量的矢量数据三维展示。

因此，现有的矢量数据三维可视化技术，均无法满足海量全国范围国土数据的三维可视化需求。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种国土数据的三维可视化方法，其针对现有的矢量数据三维可视化方法中与地形贴合后拉伸扭曲严重和大规模矢量数据渲染效率低等问题，将线状符号的渲染嵌入到地形渲染过程中，实现二维地图符号在三维地形表面上的高质量贴合渲染。再通过采用基于GPU加速的矢量数据高效渲染方法，以纹理图像为载体，对矢量数据进行编码、传输、重建，实现了矢量数据的GPU并行高速渲染，达到可实时交互级别的渲染性能。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种国土数据的三维可视化方法，包括预处理阶段和实时绘制阶段，所述预处理阶段包括以下步骤：