顧及視覺變量相似性的地圖符號GPU高效渲染方法研究.pdf

1、空間數(shù)據(jù)符號化渲染的質(zhì)量與效率，一直是地圖可視化研究中的難點與熱點問題。高質(zhì)量的符號化效果和更加流暢的用戶體驗是矢量地圖服務的必然需求。因此，研究高效率的符號化渲染方法、降低系統(tǒng)的響應時間，研究高質(zhì)量的符號化渲染產(chǎn)品、傳遞更豐富的語義信息和增強符號化渲染的效果，具有重要的研究價值和現(xiàn)實意義。
　　隨著顯卡硬件技術的更新?lián)Q代，以及圖形處理和計算能力的不斷增強，將圖形硬件加速技術引入到空間數(shù)據(jù)的符號化渲染，可以充分利用GPU可編程圖形

2、流水線的快速渲染和靈活實現(xiàn)的優(yōu)勢，進而輔助解決符號化渲染的速度瓶頸。與基于軟件方式實現(xiàn)的符號化渲染相比，GPU可編程圖形流水線技術為空間數(shù)據(jù)符號化渲染提供了硬件加速的渲染性能。但是，傳統(tǒng)的基于GPU空間要素繪制的方法主要集中于具體的圖形繪制算法本身，注重要素圖形化的同時卻很少考慮地圖符號化渲染的一般流程，導致了其呈現(xiàn)效果難以滿足各種專題地圖表達的需求。
　　本文以地圖符號視覺變量的相似性特征為切入點，抓住影響符號化渲染效率提升的關

3、鍵因素，優(yōu)化傳統(tǒng)的順序型符號化渲染過程，設計基于圖元的符號數(shù)據(jù)模型和視覺變量相似性驅(qū)動的符號化渲染過程模型。此基礎上，借助于GPU渲染的性能優(yōu)勢，重點突破符號化渲染過程中的核心問題，提出顧及視覺變量相似性的地圖符號GPU渲染方法，實現(xiàn)符號化渲染效率與質(zhì)量的提升。
　　主要研究內(nèi)容與成果如下。
　　(1)基于圖元地圖符號數(shù)據(jù)模型。從GIS軟件的地圖符號數(shù)據(jù)模型、面向共享的地圖符號描述模型和通用圖形軟件的符號數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三個方面分析

4、了現(xiàn)有地圖符號數(shù)據(jù)模型的特征。在此基礎上，設計了兼顧圖形表達和構(gòu)圖語義的地圖符號數(shù)據(jù)模型，并進行符號圖元屬性與符號視覺變量的映射，為后續(xù)視覺變量相似性研究提供定量分析基礎。
　　(2)視覺變量相似性驅(qū)動的符號化渲染過程模型。在分析同一地圖符號內(nèi)部、不同地圖符號之間的視覺變量相似性的基礎上，總結(jié)了視覺變量相似性對渲染子過程可重用性的影響，設計了面向渲染過程的層次緩存策略，提出了視覺變量相似性驅(qū)動的符號化渲染過程模型，實現(xiàn)了對符號化渲

5、染過程中冗余操作的有效剔除。
　　(3)顧及視覺變量相似性的地圖符號GPU渲染方法。針對點狀、線狀、面狀地圖符號各自的構(gòu)圖規(guī)律，利用GPU圖形渲染技術，設計了相應的GPU地圖符號化渲染方法。從符號I/O階段、符號圖元離散階段，再到符號柵格化階段，設計并實現(xiàn)了相應的緩存構(gòu)建方法。同時，依據(jù)GPU對繪制圖元類型的基本需求，設計了一次遍歷、逐點處理的三角形剖分方法來進行線狀要素的離散;設計了基于水平掃描的梯形剖分方法進行面狀要素的離散。

6、在此基礎上，結(jié)合CPU和GPU中構(gòu)建的緩存，利用空間要素的離散結(jié)果，詳細闡述了點狀、線狀、面狀地圖符號的優(yōu)化繪制方法。
　　(4)地圖可視化原型系統(tǒng)。在前三個研究內(nèi)容的基礎上，設計該原型系統(tǒng)的系統(tǒng)框架，地圖符號管理工具，以及點狀、線狀、面狀地圖符號的優(yōu)化繪制方案。通過符號化渲染效果實驗，驗證了本文所提出的顧及視覺變量相似性的地圖符號渲染方法的可行性。通過與現(xiàn)有的地圖符號渲染方法(GDI/GDI+，AGG，Cairo)的對比實驗，驗