基于图像的交互式地质矿产图生成方法及系统与流程

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种基于图像的交互式地质矿产图生成方法及系统。

背景技术：

1、在地理信息系统中，点、线、面是三种基本要素。地理信息系统软件在显示这些数据时，通常会对这三种要素用不同的逻辑渲染，并叠加合成形成最终的图像。传统上，这些要素通常以矢量数据的形式存储。

2、其中，“面”是最为复杂的要素。在传统的矢量数据存储方法中，面是由闭合的“线”，即多边形，所定义的。例如在中国地质勘查行业最为广泛使用的软件mapgis 6.7中，面所对应的文件格式为“区文件”。为了绘制区文件，用户首先要使用线文件绘制工具绘制一个闭合的且不能够自相交的多边形，再将这个多边形转换形成区文件中的一个区块。

3、在arcgis中，地理信息图层的三种基本表现形式被分为了三种：要素、属性、影像(即图像)。“面”属于要素，与图像属于不同的表现形式。但从用户角度出发，图像与面有很多的相似之处，其都在二维空间覆盖一定的区域，拥有一定的面积。相较于“面”，图像是栅格化、离散化的数据，受限于分辨率，在现今计算机有限的存储空间内，其对区域范围的描述精度要远低于矢量化的“面”，因为面定义的是区域关键点的坐标，其位置精度可以说是连续的，而图像的精度固定为其分辨率，其位置精度是离散的。

4、但当用户对精度的要求并不苛刻时，尤其是当今计算机的性能相比10年前已经大为提升，能够处理与显示更高分辨率的图像时，相比“面”，图像拥有更多优势：

5、图像能够在每个像素都存储同意属性的不同的值(即不同的属性)，而“面”内同一个属性通常只能有同样的值。例如在mapgis 6.7中，一个区(即“面”)仅能有一个颜色，而图像文件每个像素都可以有不同的颜色。

6、图像更易进行数学计算。当今并行计算飞速发展，对于图像的处理有了如gpu专门的硬件，并已经开发了多种多样的软件使用户和开发者轻松的实现目标运算。例如著名的图像处理软件photoshop便是基于图像的运算，可以轻松的对多个图像图层进行不同方式的混合；著名的遥感数据处理软件envi也是基于同样的原理，对图像进行运算以进行遥感信息的解译提取。而mapgis、arcgis等软件中的矢量的面，无法快速的对不同图层进行准确的信息混合。

7、总而言之，当计算的存储空间(主要是内存)与数据精度之间能做出可接受的折衷时，图像总是比面拥有更强大的数据表现力。但由于在现有的地理信息系统中对于图像的使用方法较为简单，很多在面中较为基础的功能，在图像中并没有对应的技术方法。

8、在地矿工作中，尤其是地质勘查工作中常用的“地质图”，便是主要由面组成的。这些面标记与区分了地表的岩性差异。这些差异具体表现为不同的面拥有不同的属性，每个面的属性可以单独控制，例如修改某个区块的颜色、显隐状态等等。其中，对于如何控制不同分区的显隐，国内勘查行业中最常用的mapgis软件通过文件开关以及图层开关实现。而对于图像文件，mapgis和arcgis都仅能控制整个一张图像文件显示或隐藏，而不能对于图像内的某个区域单独控制显示或者隐藏。

9、基于现有的地理信息软件，可以变通的将不同的区块分至不同的图像文件中，通过对图像文件显隐控制实现区块的显隐控制。但这样做会导致一张地质图必须由多个文件组成，使用起来非常不便。

10、现有的栅格图像处理工具，例如adobe photoshop，可以使用图层的方式控制图像区域的显隐。在渲染时，图像所呈现的最终效果是多个图层叠加后的结果。这些图层信息可以以psd或tiff文件格式保存。对于地理信息系统来说，在不开发一种新的图像格式的前提下，所能使用的支持保存图层的现有图片格式几乎只有tiff，其他的图像格式要么是专有格式(例如psd、psb是adobe公司的专有格式)，或者是格式过于复杂，通用性不够(如exr文件，主要用于影视行业，一般只有专业软件才能够读取该格式)。

11、即使不考虑文件格式的问题，图层的方式也有潜在的性能问题。因为多图层文件在渲染最终效果时，要逐像素的计算各个图层的遮挡关系以进行合成。图像越大、图层越多，合成耗时就越长。photoshop使用了专门的方法提升了图层合成的性能，但这些方法会导致系统的复杂度上升，且对于地理信息系统的应用环境是否适用还是个未知数。

技术实现思路

1、本发明主要目的在于提供一种特殊的数据存储方式和渲染方法，可在地理信息软件系统中实现对图像文件的显隐控制，初步使图像替代面成为可能，以提供比面更为丰富的数据表现力以及计算能力。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、提供一种基于图像的交互式地质矿产图生成方法，包括以下步骤：

4、导出地质图并转换为使用rgba通道的图像文件格式的地质图图像；

5、将地质图图像中每个像素的a通道重新赋值，该a通道赋值为区块编号，该区块编号为根据岩性分区，不同岩性分区赋予不同的编号，属于同一分区的像素用相同的分区编号，编号的个数为分区数；

6、将需要显示的分区编号写入显示列表中；

7、根据地质图图像中每个像素的a通道的赋值进行图像渲染，若地质图图像中像素a通道的分区编号存在于显示列表中，则对该像素进行相应颜色渲染；否则认为该像素为全透明，不进行相应颜色渲染。

8、接上述技术方案，根据用户的指令修改显示列表中的分区编号，以实现各个分区独立的显隐控制。

9、接上述技术方案，图像渲染时，具体根据渲染架构的不同选择不同的渲染方式，包括cpu渲染和gpu渲染。

10、接上述技术方案，当使用cpu渲染时，读取地质图图像中每个像素的a通道，获得该像素的分区编号，如果该分区编号存在于显示列表中，则将该像素的rgb通道渲染至帧缓冲区；如果该分区编号不存在于显示列表中，则认为该像素为全透明，即不将该像素的rgb通道渲染至帧缓冲区中。

11、接上述技术方案，当使用gpu渲染时，按如下步骤进行渲染：

12、1)将地质图图像作为贴图载入显存，记为tex1；

13、2)在内存中创建宽度为显示列表中最大值+1、高度为1的调色板图像p，像素初始值为0；

14、3)针对显示列表中的每个分区编号x，将调色板图像p的像素(x,0)设置为1；

15、4)将调色板图像p载入显存，记为tex2；

16、5)在片元着色器中，使用目标多边形uv对tex1采样rgba值，设采样得到的a通道值为s，rgb通道值为c；使用(s,0)作为uv值对tex2采样，设采样值为e；如果e大于1，则使用c进行颜色渲染；如果e小于1，则认为该处为透明。

17、接上述技术方案，该方法还包括步骤：定义一个键值数据结构，该键值数据结构中，键为地质图图像中a通道的区块编号，值为该区块的属性信息；

18、当进行区块属性查询时，具体包括以下步骤：

19、在图像渲染的窗口中，查询到鼠标位置相对于地质图图像的uv坐标信息。

20、在获得uv信息后，根据地质图图像的宽高，计算出该uv位置在地质图图像中所对应的像素；

21、读取该像素的a通道，获得该像素的区块编号；

22、使用该区块编号，在键值数据结构中查询，获得该区块的属性值。

23、将属性值返回至窗口，以显示给用户。

24、本发明还提供了一种基于图像的交互式地质矿产图生成系统，包括：

25、图像格式转换模块，用于导出地质图并转换为使用rgba通道的图像文件格式的地质图图像；

26、a通道赋值模块，用于将地质图图像中每个像素的a通道重新赋值，该a通道赋值为区块编号，该区块编号为根据岩性分区，不同岩性分区赋予不同的编号，属于同一分区的像素用相同的分区编号，编号的个数为分区数；

27、显示列表模块，用于将需要显示的分区编号写入显示列表中；

28、渲染模块，用于根据地质图图像中每个像素的a通道的赋值进行图像渲染，若地质图图像中像素a通道的分区编号存在于显示列表中，则对该像素进行相应颜色渲染；否则认为该像素为全透明，不进行相应颜色渲染。

29、接上述技术方案，该系统还包括键值数据结构模块，用于定义一个键值数据结构，该键值数据结构中，键为地质图图像中a通道的区块编号，值为该区块的属性信息；

30、当进行区块属性查询时，具体用于：

31、在图像渲染的窗口中，查询到鼠标位置相对于地质图图像的uv坐标信息。

32、在获得uv信息后，根据地质图图像的宽高，计算出该uv位置在地质图图像中所对应的像素；

33、读取该像素的a通道，获得该像素的区块编号；

34、使用该区块编号，在键值数据结构中查询，获得该区块的属性值。

35、将属性值返回至窗口，以显示给用户。

36、接上述技术方案，显示列表模块还用于根据用户指令修改显示列表中的分区编号，以进行各个分区的显隐控制。

37、本发明还提供了一种计算机存储介质，其内存储有可被处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行上述技术方案所述的基于图像的交互式地质矿产图生成方法。

38、本发明产生的有益效果是：本发明的交互式地质矿产图生成方法基于现有的常见的rgba通道的图像格式，图像的rgb通道与传统用法一致，存储图像的色彩。但a通道不再存储不透明度，而是存储对应像素的分区编号。属于同一分区的像素用相同的分区编号。通过设置或者修改显示列表中的分区编号，实现不同分区的显隐控制。在使用该方法后，图像将可以被划分为多个可被独立控制显隐状态的区块。该方法的运行性能仅与图像分辨率有关，与分区数量无关。使用该方法，可在地理信息软件系统中实现对图像文件的显隐控制，初步使图像替代面成为可能，以提供比面更为丰富的数据表现力以及计算能力。

39、进一步地，该方法在cpu和gpu上均可执行。如在使用gpu渲染时，用户甚至可以实时控制各区块的显隐状态。基于该方法制作的地质图等地理信息图像，将同时兼顾矢量面和图像的优点。

40、进一步地，在图像文件之外，通过定义键值数据结构，该键值数据结构可以以任何形式的文件进行保存。该键值数据结构中，键为图像中a通道的区块编号，值为该区块的属性信息。通过该键值数据结构，用户可以根据鼠标所指向的图像像素查询该像素所拥有的属性信息。