一种用于机载地形三维图像绘制的地形数据处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种地形数据处理方法，具体涉及一种用于机载地形三维图像绘制的地形数据处理方法。
【背景技术】
[0002]机载进行三维地形绘制的系统有合成视景系统(SVS)、组合视景系统(CVS)、平视视景系统(HVS)等，都包含根据飞机位置、航向、姿态和速度利用地形高程数据绘制三维地形的功能。这类系统除了实现大规模三维地形实时漫游功能外，在三维绘制效率上有很苛刻的要求，需要高效的地形绘制算法和数据调度策略。同时机载嵌入式平台较低的CPU和显卡运行速度使得以上要求难以完成。传统做法为在软件运行中使用动态多分辨率绘制地形，即根据地形距离飞机位置远近设置对应地形的分辨率，近处地形分辨率相对较高，远处地形分辨率相对较低，以减少用于三维地形绘制的三角形面片数量。
[0003]举出具体数据来说明机载三维地形绘制的难度:机载嵌入式平台最多支持Is绘制350万个三角形，按每秒15帧的三维地形绘制速度，每帧最多支持绘制23.4万三角形。而使用1弧秒地形数据的机载SVS如果不使用任何多分辨率算法每帧需绘制300多万个三角形。
[0004]因为实际需要绘制三角形数量与机载环境支持的绘制数量差距交大，如果使用传统的方法，为了保证近处地形的精确度和清晰度，远处地形绘制分辨率将严重的降低，且随着飞机飞行会出现地形绘制T型裂缝、远处山峰随着分辨率变化而出现地形突然凸起现象。导致近处可能是平地的地方三角形绘制较多，而远处可能山峰较多地方三角形绘制较少，导致山峰细节不清晰。且实时的多分辨率绘制将严重增加数据计算量和数据吞吐率。
[0005]面对机载三维地形绘制对地形绘制系统的性能和数据调度的需求，地形数据需要一种即能够提高绘制和数据调度效率的一种存储方法。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种用于机载地形三维图像绘制的地形数据处理方法，以保证机载三维地形绘制系统在进行绘制时在不影响绘制精度和清晰度的基础上，提高绘制和数据调度效率。
[0007]为解决上述技术问题，本发明的用于机载地形三维图像绘制的地形数据处理方法包括如下步骤:
[0008]1)将原始DEM数据进行元数据划分，获得若干个最小地形数据单元，即元数据单元;
[0009]2)对各元数据单元数据进行处理:将元数据单元组织成三角形格式，确定可容忍的最小高程误差A h，依次遍历各个三角形，将三角形各个顶点之间的最大差值是小于Ah的最大值的三角形加入已扩展三角形行列，然后遍历下一个未扩展且不在已扩展三角形内部的三角形，直至遍历所有三角形；
[0010]3)对步骤2)中找出的各个三角形进行消除T型裂缝处理，即保证面积大小最接近的两个三角形的面积差值不大于较小面积三角形的面积。
[0011]4)将经过裂缝处理后的各个三角形的顶点信息按照一定的逻辑顺序进行存储，并建立与相应元数据单元--对应的索引表。
[0012]步骤3)中的消除Τ型裂缝处理的过程为:将某元数据单元的各个已扩展三角形按照三角形各顶点的最大差值进行比较，按从小打到大的顺序进行排列，将相邻三角形中面积较大的三角形的面积与较小的三角形的面积相比，若比值大于1，则处理面积较大三角形，使得比值不大于1，如此消除了 Τ型裂缝。
[0013]所述步骤4)中的一定的逻辑顺序是指:从其中一个三角形开始，依次遍历三角形的每个边，找出另一个共边三角形，按照找出的共边三角形顺序存储三角形顶点信息。
[0014]本发明的有益效果是:该数据存储方式包含用于绘制三维地形的多分辨率信息、Τ型裂缝消除处理、三维地形绘制时三角形面片组织信息和数据调度索引信息，极大的提高了三维地形绘制和数据调度的速度。
【附图说明】
[0015]图1为本实施例数据格式生成步骤图；
[0016]图2为本实施例元数据单元划分图；
[0017]图3为本实施例数据调度通用算法图；
[0018]图4为本实施例多分辨率分层示意图；
[0019]图5为本实施例根据Λ h进行三角形数据处理图；
[0020]图6为本实施例消除T型裂缝的数据处理图；
[0021 ]图7为本实施例数据组织图；
[0022]图8为本实施例索引文件结构图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细阐述。
[0024]如图1所示，本实施例用于机载地形三维图像绘制的地形数据处理方法包括以下步骤:
[0025]1)将原始DEM数据进行元数据划分，获得若干个最小地形数据单元，即元数据单元;
[0026]2)对各元数据单元数据进行处理:将元数据单元组织成三角形格式，所述三角形格式是指:每个DEM数据可看成是三角形的顶点信息；确定可容忍的最小高程误差Ah，依次遍历步骤2)中各个三角形，将三角形各个顶点之间的最大差值是小于Ah的最大值的三角形加入已扩展三角形行列，然后遍历下一个未扩展且不在已扩展三角形内部的三角形，直至遍历所有三角形；
[0027]3)对步骤2)中找出的各个三角形进行消除T型裂缝处理，即保证面积大小最接近的两个三角形的面积差值不大于较小面积三角形的面积。
[0028]4)将经过裂缝处理后的各个三角形的顶点信息按照一定的逻辑顺序进行存储，并建立与相应元数据单元--对应的索引表。
[0029]下面对上述步骤进行详细阐述:
[0030]步骤1:根据实际调度需要将DEM数值划分为最小元数据单元，如图2所示将DEM数据划分为4个元数据单元。实际划分时需根据飞机飞行过程中地形加载显示的速度和绘制速度确定最佳的划分快，例如图3所示，使用通用的9宫格算法进行地形数据的加载，则可将元数据设置为每个格子的大小。
[0031]步骤2:元数据处理包含以下内容:
[0032]a)三角形层级示意图如图4所示，层级越大分辨率越高，层级数按照三角形顶点间距计算得出，具体计算过程为:已知DEM数据最小间距，元数据边界4个顶点的相邻两个顶点间距差与最小间距的比值为最大三角形层级，最大层级数减去当前三角形顶点间距差值比上最小间距值即为当前三角形层级。
[0033]b)初始时每个元数据都为最大层级。首先确定可容忍的最小高度误差(Λ h)，然后依次遍历各个三角形，如图5所示对比当前三角形各个顶点差值是否超过Λ h，如果超过，则停止扩展，如果没有超过，则预扩展三角形，并查看扩展后三角形顶点高程差值是否大于Λ h，如果小于Λ h则预扩展成功继续进行预扩展，如果大于Λ h则预扩展失败停止进行扩展，并遍历下一个未扩展且不在已扩展三角形内部的三角形。
[0034]c)消除T型裂缝处理，应按以下步骤进行:
[0035]1)处理过程如图6所示，首先找出文件中最大层级三角形，并将其加入未查看三角形队列；
[0036]2)依次取出未查看三角形队列中的三角形，并与相邻三角形进行对比，如果当前三角形层级大于相邻三角形层级，将三角形加入已查看三角形队列，并将其相邻三角形且未加入到已查看和未查看队列中的三角形加入到未查看三角形队列中，如果当前三角形层级小于相邻三角形层级大于1，则扩展当前三角形层级，使得其层级与相邻三角形层级相差不大于1，并将其相邻三角形且未加入到已查看和未查看队列中的三角形加入到未查看三角形队列中。
[0037]3)当未查看三角形队列中无三角形时，T型裂缝数据处理完毕。
[0038]步骤3:数据组织应按如下步骤进行
[0039]a)按一定逻辑顺序组织元数据内的三角形顶点信息，如图7所示例子从左下角顶点开始组织三角形，依次遍历三角形的每个边，找出另一个共边三角形；依次类推图7所示例子数据可组织为{4 (1，1)，6 (1，3)，14 (3，3)，8 (1，5)，17 (5,5), 17 (5，1)，12 (3，1)，8 (2，2)，4(1，1)}，元数据的数据起始数据和结尾数据一致。元数据只包含组成三角形的顶点数据，不包含非顶点数据。
[0040]b)元数据组织后，数据应包含高程值和原始DEM数据位置，如4(1，1)中4表示高程值为4，(1,1)表示该点在原始DEM数据的位置。
[0041]依次将各个元数据的数据顺序存储到数据文件中，形成数据文件，在数据组织过程中每个数据文件应维护一个元数据索引表，表中依次记录元数据的偏移量，如图8所示。因元数据所表示的实际地形面积一致，实际使用过程中根据飞机位置计算所需的元数据序号，查找索引文件找出序号对应的偏移量，然后调取对应的地形数据。
【主权项】
1.一种用于机载地形三维图像绘制的地形数据处理方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)将原始DEM数据进行元数据划分，获得若干个最小地形数据单元，即元数据单元； 2)对各元数据单元数据进行处理:将元数据单元组织成三角形格式，确定可容忍的最小高程误差Ah，依次遍历各个三角形，将三角形各个顶点之间的最大差值是小于Ah的最大值的三角形加入已扩展三角形行列，然后遍历下一个未扩展且不在已扩展三角形内部的三角形，直至遍历所有三角形； 3)对步骤2)中找出的各个三角形进行消除T型裂缝处理，即保证面积大小最接近的两个三角形的面积差值不大于较小面积三角形的面积。 4)将经过裂缝处理后的各个三角形的顶点信息按照一定的逻辑顺序进行存储，并建立与相应元数据单元--对应的索引表。2.根据权利要求1所述用于机载地形三维图像绘制的地形数据处理方法，其特征在于，步骤3)中的消除T型裂缝处理的过程为:将某元数据单元的各个已扩展三角形按照三角形各顶点的最大差值进行比较，按从小打到大的顺序进行排列，将相邻三角形中面积较大的三角形的面积与较小的三角形的面积相比，若比值大于1，则处理面积较大三角形，使得比值不大于I，如此消除了 T型裂缝。3.根据权利要求1所述用于机载地形三维图像绘制的地形数据处理方法，其特征在于，所述步骤4)中的一定的逻辑顺序是指:从其中一个三角形开始，依次遍历三角形的每个边，找出另一个共边三角形，按照找出的共边三角形顺序存储三角形顶点信息。
【专利摘要】本发明涉及一种用于机载地形三维图像绘制的地形数据处理方法，包括：1)将原始DEM数据进行元数据划分，获得若干个元数据单元；2)将各元数据单元数据进行处理：将元数据单元组织成三角形格式，确定可容忍的最小高程误差Δh，依次遍历各个三角形，将三角形各个顶点间的最大差值是小于Δh的最大值的三角形加入已扩展三角形行列，然后遍历下一个未扩展且不在已扩展三角形内部的三角形；3)对步骤2)中找出的各个三角形进行消除T型裂缝处理；4)按照一定的逻辑顺序组织步骤3)中得到各个三角形的各个顶点信息，将各个顶点的信息进行存储，建立与相应元数据单元一一对应的索引表。本发明的方法极大地提高了三维地形绘制和数据调度的速度。
【IPC分类】G06T17/05
【公开号】CN105303610
【申请号】CN201510880875
【发明人】刘栋, 范力维, 冯国昌
【申请人】中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年12月5日