[发明专利]一种三维地图中的鹰眼窗口精确显示当前视野的方法

说明书

本发明提供了一种三维地图中的鹰眼窗口精确显示当前视野的方法，包括：第一步骤：根据观察位置和角度等计算ECEF三维笛卡尔坐标系中的视野裁剪面，并且计算得到的视野裁剪面提交给像素着色器；第二步骤：绘制一个矩形，其中矩形的四个角点的纹理坐标分别设置成为二维视图显示范围的四个角点的经纬度坐标；第三步骤：在像素着色器中，根据椭球参数将像素对应经纬度坐标转换成ECEF三维笛卡尔坐标；第四步骤：在像素着色器中，判断ECEF三维笛卡尔坐标与各裁剪面之间的位置，确定是否在视野当中，以输出相应示图。

技术领域

本发明涉及三维地球可视化技术领域，具体涉及一种三维地图中的鹰眼窗口精确显示当前视野的方法，可在鹰眼窗口中快速精确显示当前三维观察的地理范围。进一步，本发明可扩展到快速精确显示卫星观察地理范围等应用场景。

背景技术

在三维地球可视化技术中，经常需要从空间中任意一个指定的观察位置和观察方向，计算在地球表面上能观察到的视野范围，并在二维视图中显示出来。鹰眼窗口就是使用场景之一。典型的传统方法是：先根据三维视图边界计算一系例射线，和地球表面求相交点，生成地理坐标多边形，再进行填充绘制。它主要有如下缺点：

(1)如果观察范围包含地球极点，或者包含正负180度经线位置时，以及观察范围包含部分天空时，观察范围在二维视图上会非常复杂，要处理这些特殊情况，需要用复杂的算法处理多种特殊情况；

(2)观察范围难以精确计算，精确的观察范围需要考虑水平视角和垂直视角，还有观察方向、俯仰、滚转角度等因素，传统方法妥善处理这些参数非常复杂；

(3)观察范围多边形在计算时需要发射大量求交射线，要保证足够的精细程度，需要使用极细的细分粒度，计算复杂度较高。需要CPU进行大量计算。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种三维地图中的鹰眼窗口精确显示当前视野的方法。

根据本发明，提供了一种三维地图中的鹰眼窗口精确显示当前视野的方法，包括：

第一步骤：根据观察位置和角度等计算ECEF三维笛卡尔坐标系中的视野裁剪面，并且计算得到的视野裁剪面提交给像素着色器；

第二步骤：绘制一个矩形，其中矩形的四个角点的纹理坐标分别设置成为二维视图显示范围的四个角点的经纬度坐标；

第三步骤：在像素着色器中，根据椭球参数将像素对应经纬度坐标转换成ECEF三维笛卡尔坐标；

第四步骤：在像素着色器中，判断ECEF三维笛卡尔坐标与各裁剪面之间的位置，确定是否在视野当中，以输出相应示图。

优选地，在第四步骤，在相应示图中还可以输出代表是否在视野之内的对应颜色。

优选地，在第二步骤，在绘制矩形过程中，矩形覆盖的每个像素在像素着色器中自动插值出该像素对应的经纬度坐标。

优选地，第二步骤使用OpenGL绘制一个矩形。

优选地，第二步骤使用DirectX绘制一个矩形。

优选地，ECEF三维笛卡尔坐标系中的视野裁剪面包括五个裁剪面，其中五个裁剪面是上裁剪面、下裁剪面、左裁剪面、右裁剪面和地平线裁剪面。

优选地，在第一步骤，对于视野的上裁剪面、下裁剪面、左裁剪面、右裁剪面的计算，设视图矩阵为V，投影矩阵为M，经过M和V变换后的裁剪空间里的上裁剪面、下裁剪面、左裁剪面、右裁剪面分别为[0,1,0,1],[0,1,0,-1],[1,0,0,1],[1,0,0,-1]，经过计算整理以后，得出ECEF三维笛卡尔坐标系中的四个裁剪面分别为R1+R3、R1-R3、R2+R3、R2-R3，其中R1、R2、R3分别为矩阵MV的第一行到第四行四个元素组成的四个向量。