在三维地形地质图上精确标注多元信息的方法及系统与流程

本发明涉及地理信息显示系统领域，尤其涉及一种在三维地形地质图上精确标注多元信息的方法及系统。

背景技术：

1、标注工具，或称作注释工具、批注工具，是让用户直接在计算机屏幕内容上快速添加临时信息的一类通用工具，通常用在会议、学习及研究中，用以临时记录，或者向他人讲解。其类似于白板工具。但与白板工具不同的是标注工具通常是在已有的不同形式的信息上进行标注。

2、日常工作中标注工具最常见于各类远程会议软件中。例如腾讯会议的批注工具，在共享屏幕时，允许参与者在共享屏幕的画面中书写文字、绘制图形，以方便参与者对屏幕上的信息交流讲解。由于地勘行业现有的地理信息系统软件如mapgis、arcgis等均不自带标注工具，因此通常使用会议软件中自带的标注工具进行交流。由于地理信息系统通常是电子地图，标注信息通常是地理信息相关的，但会议软件的标注是基于屏幕空间的，当用户移动或缩放电子地图时，标注信息便相对偏离位置，失去了标注的意义。

3、解决这一问题的最好办法，便是地理信息软件系统自身提供标注功能。目前地勘行业常用的软件中，奥维地图和谷歌地球提供了近似的功能。

4、奥维地图中的“曲线”功能允许用户在三维地球上随意画线，可以写字、绘制图形，但由于其绘制的是矢量线，造成了以下问题：

5、1.性能低。奥维地图在在绘制时将矢量线渲染至对应地图瓦片的各个层级的贴图上，线越复杂，渲染过程越复杂，性能也会越低。在实际使用时，能够感觉到明显的不流畅。

6、2.无法绘制面。受限于矢量图的绘制原理，必须使用专门的绘制面工具才能够绘制面，而不能通过调粗画笔后在面上涂抹的方式实现面的绘制。

7、3.缩放时会移位。由于绘制的矢量曲线是在各层级的瓦片上分别独立栅格化的，因此不同层级的渲染结果并不能完全对应。在实际使用时就会出现伴随缩放标注发生移位的情况。

8、谷歌地球与奥维地图相似，也仅提供了曲线工具让用户绘制矢量线。谷歌地球在三维空间直接渲染矢量线，而非先渲染至瓦片贴图的方式，因此相比奥维地图，谷歌地球的绘制体验更为流畅，也不存在缩放移位的问题，但除此之外缺点更多：

9、1.每次绘制必须是连续线，因此只能书写连笔字。

10、2.线会穿到地面下。因为线是在三维空间绘制的，与地形瓦片模型没有必然的相对空间关系，因此在缩放时矢量线有时会被地面遮挡。

11、3.绘制时不能移动或旋转地图，仅能缩放。

12、可见，在现有方法中，为了使绘制标注的贴图能够与三维数字地球的瓦片正确对位，通常会针对每个瓦片生成该瓦片对应的标注贴图。由于同一区域在不同的缩放级别使用不同的瓦片，为了能在所有缩放级别显示标注，每个标注都必须在该区域的所有层级的瓦片贴图上都绘制一次，这必然造成了绘制效率低下，同时会因为瓦片切换造成标注产生断裂感。

技术实现思路

1、本发明主要目的在于提供一种可以允许用户直接通过点击鼠标的方式在三维数字地球瓦片表面连续绘制标注，且绘制数量多少不影响程序性能，绘制的标注不会与地形穿插，不受地图缩放影响的在三维地形地质图上精确标注多元信息的方法及系统。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、提供一种在三维地形地质图上精确标注多元信息的方法，包括以下步骤：

4、s1、获取用户输入的四边形来确定工作区；

5、s2、将一张空白的图像贴图贴到工作区；

6、s3、在工作区内，用户通过按住鼠标按键拖拽进行标注绘制，获取用户输入标注所使用的颜色及笔迹像素宽度；当用户按下鼠标按键时，获取第n帧时鼠标指针屏幕空间坐标为a，n+1帧时鼠标指针屏幕空间坐标为b，每帧都执行以下运算：

7、a)如果a＝b，则不进行任何处理，否则执行以下步骤；

8、b)将鼠标指针屏幕空间坐标a和b转换为三维空间直角坐标a′和b′以及视线的空间向量和

9、c)使用射线对三维数字地球求交，获得此处视线在三维数字地球的瓦片上的交点a，对射线同样操作得到点b，两点坐标均为三维空间的世界坐标；

10、d)使用反向双线性插值算法，将点a和b转换为在工作区内的uv坐标a′和b′；

11、e)在空白的图像贴图上使用用户输入标注时所使用的颜色及笔迹像素宽度绘制a′到b′的线段；

12、f)根据更新后的图像贴图，在下一帧渲染时，将新绘制的线段显示在屏幕上。

13、接上述技术方案，该工作区的地理坐标系的“上”与三维空间直角坐标系的+z轴平行且同向。

14、接上述技术方案，步骤f中更新后的图像贴图的渲染过程具体为：

15、将图像贴图的四角与工作区的四角依次对应；

16、使用三维数字地球系统所提供的转换接口将图像贴图的四角像素坐标转换到三维引擎的直角坐标系中，得到转换后的四角世界坐标；

17、根据转换后的四角世界坐标及具体三维数字地球系统所提供的瓦片材质扩展方式，计算所要显示像素在工作区内的uv坐标，根据该uv坐标对图像贴图进行采样，并将采样结果输出到屏幕显示。

18、接上述技术方案，该方法在gpu中实现。

19、接上述技术方案，步骤e中使用任何一种平面绘图方法，在空白的图像贴图上绘制a′到b′的线段。

20、本发明还提供一种在三维地形地质图上精确标注多元信息的系统，包括：

21、工作区确定模块，用于获取用户输入的四边形来确定工作区；

22、贴图模块，用于将一张空白的图像贴图贴到工作区；

23、标注绘制模块，用于在工作区内，用户通过按住鼠标按键拖拽进行标注绘制，获取用户输入标注所使用的颜色及笔迹像素宽度；当用户按下鼠标按键时，获取第n帧时鼠标指针屏幕空间坐标为a，n+1帧时鼠标指针屏幕空间坐标为b，每帧都执行以下运算：

24、a)如果a＝b，则不进行任何处理，否则执行以下步骤；

25、b)将鼠标指针屏幕空间坐标a和b转换为三维空间直角坐标a′和b′以及视线的空间向量和

26、c)使用射线对三维数字地球求交，获得此处视线在三维数字地球的瓦片上的交点a，对射线同样操作得到点b，两点坐标均为三维空间的世界坐标；

27、d)使用反向双线性插值算法，将点a和b转换为在工作区内的uv坐标a′和b′；

28、e)在空白的图像贴图上使用用户输入标注时所使用的颜色及笔迹像素宽度绘制a′到b′的线段；

29、f)根据更新后的图像贴图，在下一帧渲染时，将新绘制的线段显示在屏幕上。

30、接上述技术方案，工作区确定模块中，工作区的地理坐标系的“上”与三维空间直角坐标系的+z轴平行且同向。

31、接上述技术方案，标注绘制模块中更新后的图像贴图的渲染过程具体为：

32、将图像贴图的四角与工作区的四角依次对应；

33、使用三维数字地球系统所提供的转换接口将图像贴图的四角像素坐标转换到三维引擎的直角坐标系中，得到转换后的四角世界坐标；

34、根据转换后的四角世界坐标及具体三维数字地球系统所提供的瓦片材质扩展方式，计算所要显示像素在工作区内的uv坐标，根据该uv坐标对图像贴图进行采样，并将采样结果输出到屏幕显示。

35、本发明还提供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在三维地形地质图上精确标注多元信息的方法。

36、本发明产生的有益效果是：本发明将需要标注的内容都绘制在一张完整的空白贴图中，而非瓦片化的贴图之上，然后通过贴图的方式与三维数字地球的瓦片进行正确的对位与混合，且不受瓦片层级切换的影响，从而可在三维数字地球的地形地质图中实时显示，使得用户可以直接在三维地形上自由的进行标注，无论是绘图还是写字。相比于传统的方法，该方法绘制的内容与地图地形贴合准确，消除了断裂感，不受地图移动、缩放的影响，且性能极佳，即使绘制海量内容也不会造成程序性能下降。

37、进一步地，本发明在将贴图图像渲染至屏幕缓冲区时，将贴图图像作为一张完整贴图与其他瓦片化的图像叠加混合，而不是在渲染前将贴图图像瓦片化后再将每个瓦片叠加混合，这保证了地质图像的连续性。

38、进一步地，本发明的标注方法在gpu中完成，坐标转换计算使地质图像的空间坐标对应到正确瓦片位置上，保证了显示的响应速度。