CN109191557B - 立体地形图的影像纹理映射方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种立体地形图的影像纹理映射方法及装置，其中该方法包括：根据立体地形图的数字高程模型DEM数据、以及与该立体地形图同空间范围的数字正射影像图DOM数据，对所述DEM数据进行拉升；根据拉升后的DEM数据，构建多个倾斜三角面；确定各倾斜三角面内所对应的纹理数据；根据DEM数据像元的空间位置以及所述纹理数据，将DOM数据作为纹理，映射到所述立体地形图上。本发明可以将立体地形影像纹理更精细地映射到该立体地形之上，克服局部地形变化较大区域的纹理映射变形的缺陷，便于制作生产出更加精细的立体地形图，对于展示表达地形地貌细节特征具有重要意义。

Description

立体地形图的影像纹理映射方法及装置

技术领域

本发明涉及空间信息领域，尤其涉及一种立体地形图的影像纹理映射方法及装置。

背景技术

目前，立体地形图是以三维立体形式直接或间接表示表面立体地形地貌形态的地图。以月球为例，为了更好的突出月球表面起伏不平的形貌，月球立体地形图的垂直比例尺通常比水平比例尺大数倍，呈现出三维真实感，具有直观性强的特点。月球立体地形图可以为月球形貌构造研究、月球探测任务路径规划提供数据决策支持，在月球科学研究、工程探测中应用十分广泛。因此，制作高精度的月球立体地形图具有重要的科学和工程价值。

早期的月球立体地形图多使用间接的立体显示方法，通过采用已有的地貌晕渲法、明暗等高线法、透视写景法、鸟瞰图法、块状立体图法、统计立体图法等在平面地图上的制图对象，间接的产生立体效果。而最近的月球立体地形图，则是主要利用DEM数字高程模型数据直接地展示月表地形的立体起伏，同时利用同一位置范围的月球DOM影像作为纹理，基于像元位置寻找对应的影像纹理，一一映射到三维地形表面，从而更加真实地展示月表三维形貌。由于DEM数据表达的三维地形呈现出的是高低起伏的三维形态，而DOM数据一般呈现为平面的二维形态，传统的立体地图制图方法在纹理映射时，往往忽略了像元之间存在的倾斜表面，直接通过DOM像元本身的拉升来控制纹理的映射，这样在某些变化较大的地形区域容易出现纹理拉升变形或者出现裂缝。在制作高分辨率的月球立体地形图时，由于在垂直比例尺上(高程方向)的拉升比例通常比水平比例尺大很多(4倍左右)，这样就更加增大了地形的倾斜方向上的表面；如果不进行处理，这些倾斜方向的表面映射到的纹理将会出现较为严重的变形或者裂缝，影响到月表立体地形的表达。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种立体地形图的影像纹理映射方法及装置，以解决上述的至少一项技术问题。

(二)技术方案

本发明实施例的一方面，提供了一种立体地形图的影像纹理映射方法，包括：

根据立体地形图的数字高程模型DEM数据、以及与该立体地形图同空间范围的数字正射影像图DOM数据，对所述DEM数据进行拉升；

根据拉升后的DEM数据，构建多个倾斜三角面；

确定各倾斜三角面内所对应的纹理数据；

根据DEM数据像元的空间位置以及所述纹理数据，将DOM数据作为纹理，映射到所述立体地形图上。

在本发明的一些实施例中，对所述DEM数据进行拉升，具体包括：

根据所述立体地形图制图的要求，确定垂直方向比例尺的拉升系数N，从而对所述DEM数据进行拉升。

在本发明的一些实施例中，构建多个倾斜三角面，具体包括：

通过像元倾斜方向表面构建算法，以像元为中心，以八邻域范围逐像元地构建8个倾斜三角面。

在本发明的一些实施例中，确定各倾斜三角面内所对应的纹理数据，具体包括：

基于加权调和纹理映射算法，按照顺时针的方向，依次计算每个倾斜三角面内所对应的纹理数据。

在本发明的一些实施例中，通过像元倾斜方向表面构建算法，以像元为中心，以八邻域范围逐像元地构建8个倾斜三角面，具体包括：

遍历DEM数据像元，连接像元中心及像元八邻域中心，沿着顺时针的方向，连接八个邻域中心，从而连接得到九个质点和以其为顶点的8个三角面，构建得到像元的倾斜方向所有表面，即倾斜三角面。

在本发明的一些实施例中，构建8个倾斜三角面之后，还包括步骤：计算各倾斜三角面面积与单位像元面积的比值，并取整确定整数比值K，且K满足公式：K＝[S₁/(0.5*S₂)]，其中，S₁为倾斜三角形面积，S₂为单位像元面积。

在本发明的一些实施例中，基于加权调和纹理映射算法，按照顺时针的方向，依次计算每个倾斜三角面内所对应的纹理数据，具体包括：

遍历所述DEM数据每个像元及其领域像元，根据平面坐标找到各像元在DOM数据上对应的纹理像元；

将在DEM数据上构建好的8个倾斜三角面分别对应到DOM数据上的8个平面三角面，在拉升后的倾斜三角面内***K个点；

计算倾斜三角形内插值点的平面坐标及高程，设DEM数据上的斜面三角形三个像元为P₁、P₂和P₃，取得插值点为P₀，对应的3个DOM数据的纹理像元为Q₁、Q₂和Q₃，设P₀点与倾斜三角形各顶点的距离a，b，c，倾斜三角形的倾角α，计算其在DOM数据上取的纹理值Q₀，Q₀的计算公式为：

Q₀＝(a/(a+b+c)*Q₁+b/(a+b+c)*Q₂+c/(a+b+c)*Q₃)*cosα。

在本发明的一些实施例中，所述K个点的取点方法为沿着倾斜三角面的内角平分线，K＝1时该点为该倾斜三角面的内角平分线交点，K＞1时，多个点为该倾斜三角面的内角平分线交点和三角形顶点之间根据比例取值确定的点。

在本发明的一些实施例中，根据DEM数据像元的空间位置以及所述纹理数据，将DOM数据作为纹理，映射到所述立体地形图上，包括步骤：

将所述纹理数据和每个DEM数据的中心点对应的纹理数据，按照其对应的DEM三维表面，映射到整个立体地图三维表面上，形成映射有纹理信息的立体地形图。

本发明实施例的另一方面，还提供了一种立体地形图的影像纹理映射装置，其中，其存储有可执行指令，所述可执行指令在由一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器执行以下操作：

根据立体地形图的数字高程模型DEM数据、以及与该立体地形图同空间范围的数字正射影像图DOM数据，对所述DEM数据进行拉升；

根据拉升后的DEM数据，构建多个倾斜三角面；

确定各倾斜三角面内所对应的纹理数据；

根据DEM数据像元的空间位置以及所述纹理数据，将DOM数据作为纹理，映射到所述立体地形图上。

(三)有益效果

本发明的立体地形图的影像纹理映射方法及装置，相较于现有技术，至少具有以下优点：

1、通过计算垂直方向拉升后，倾斜方向表面变化情况，利用加权调和映射方法重新计算倾斜方向的纹理，对纹理映射进行优化处理，使得影像纹理映射更加精细，兼顾了在垂直拉升时候倾斜方向面的纹理映射，可以克服影像纹理映射拉伸变形和破裂的问题；

2、将二维DOM影像映射到三维DEM地形表面的方法，可以提高月球立体地形图影像纹理映射的质量和精度，用于制作更高分辨率、更加接近真实的立体地形图，便于制作生产出更加精细的立体地形图，对于展示表达立体地形地貌细节特征具有重要意义。

附图说明

图1为本发明实施例的立体地形图的影像纹理映射方法的步骤示意图；

图2A为1.5m分辨率的DEM数据的立体地形数据；

图2B为图2A对应范围的1.5m分辨率的DOM数据的平面影像纹理数据

图2C为直接将平面DOM纹理通过像元一一对应直接映射到立体地形表面形成的纹理映射立体地形效果图；

图3A至图3C为像元倾斜方向表面构建示意图。

图4为在以三个像元为端点，构成的倾斜面三角形的示意图；

图5为基于本发明处理后进行纹理映射得到的立体地形效果图。

具体实施方式

现有技术中垂直比例尺上(高程方向)的拉升比例通常比水平比例尺大很多(4倍左右)，这样就更加增大了地形的倾斜方向上的表面；如果不进行处理，这些倾斜方向的表面映射到的纹理将会出现较为严重的变形或者裂缝，影响到立体地形的表达。有鉴于此，本发明提供了一种立体地形图的影像纹理映射方法及装置，在保留原有像元位置纹理特征的同时，还能顾及到对像元之间由于垂直方向拉升而产生的倾斜表面的纹理映射，实现更高精度的立体地形(例如月球或者其他星体)的纹理映射，得到更真实的立体地形图。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明实施例的一方面提供了一种立体地形图的影像纹理映射方法，如图1所示，该方法包括：

S1、根据立体地形图的数字高程模型DEM数据、以及与该立体地形图同空间范围的数字正射影像图DOM数据，对所述DEM数据进行拉升。

S2、根据拉升后的DEM数据，构建多个倾斜三角面；

S3、确定各倾斜三角面内所对应的纹理数据；

S4、根据DEM数据像元的空间位置以及所述纹理数据，将DOM数据作为纹理，映射到所述立体地形图上。

步骤S1中，对所述DEM数据进行拉升，具体包括：

根据所述立体地形图制图的要求，确定垂直方向比例尺的拉升系数N，从而对所述DEM数据进行拉升。

步骤S2中，构建多个倾斜三角面，具体包括：

通过像元倾斜方向表面构建算法，以像元为中心，以八邻域范围逐像元地构建8个倾斜三角面。更具体地，可以先遍历DEM数据像元，连接像元中心及像元八邻域中心，然后沿着顺时针的方向，连接八个邻域中心，从而连接得到九个质点和以其为顶点的8个三角面，构建得到像元的倾斜方向所有表面，即倾斜三角面。

在构建8个倾斜三角面之后，还包括步骤：计算各倾斜三角面面积与单位像元面积的比值，并取整确定整数比值K，且K满足公式：K＝[S₁/(0.5*S₂)]，其中，S₁为倾斜三角形面积，S₂为单位像元面积，为步骤S3中的取点做准备。

步骤S3中，确定各倾斜三角面内所对应的纹理数据，具体包括：

基于加权调和纹理映射算法，按照顺时针的方向，依次计算每个倾斜三角面内所对应的纹理数据，具体包括：

遍历所述DEM数据每个像元及其领域像元，根据平面坐标找到各像元在DOM数据上对应的纹理像元；

将在DEM数据上构建好的8个倾斜三角面分别对应到DOM数据上的8个平面三角面，在拉升后的倾斜三角面内***K个点；

计算倾斜三角形内插值点的平面坐标及高程，设DEM数据上的斜面三角形三个像元为P₁、P₂和P₃，取得插值点为P₀，对应的3个DOM数据的纹理像元为Q₁、Q₂和Q₃，设P₀点与倾斜三角形各顶点的距离a，b，c，倾斜三角形的倾角α，计算其在DOM数据上取的纹理值Q_o，Q₀的计算公式为：

Q₀＝(a/(a+b+c)*Q₁+b/(a+b+c)*Q₂+c/(a+b+c)*Q₃)*Cosα。

其中的K个点的取点方法为沿着倾斜三角形的内角平分线，K＝1时该点为该倾斜三角形的内角平分线交点，K＞1时，多个点为该倾斜三角形的内角平分线交点和三角形顶点之间根据比例取值确定的点。

步骤S4中，将步骤S3中计算得到的倾斜三角面对应的纹理数据和每个DEM数据的中心点对应的纹理数据，按照这些纹理数据对应的DEM三维表面，映射到整个立体地图三维表面上，形成映射有纹理信息的立体地形图。

接着就以月球立体地形图为例，结合图2至图5对各步骤进行详细说明。

图2A为1.5m分辨率的DEM数据的立体地形数据，图2B为图2A对应范围的1.5m分辨率的DOM数据的平面影像纹理数据，图2C为直接将平面DOM纹理通过像元一一对应直接映射到立体地形表面形成的纹理映射立体地形效果图，图中坑边缘靠左上方区域可以看到很明显的纹理存在变形情况。

图3A至图3C为像元倾斜方向表面构建示意图，图3A平面图中的中心点是像元点，周围八个黑点是其邻域点，连接中心点西部及西北部相邻的两个邻域点，即可构成一个三角面，依次类推，沿着顺时针方向，即可得到该像元周边邻域的八个倾斜三角面，图3B则展示了左图的三角面在立体图中显示情况，图3C展示了当垂直方向拉升加大时候，三角面在立体图中的显示情况。

图4为在以三个像元为端点，构成的新增倾斜面，根据三角面的定点纹理数值、三角面的坡面方向，三角面各边的边长，利用有向加权的方式，计算三角面上各点对应的纹理数值。

图5为基于本发明处理后进行纹理映射得到的立体地形效果图，由图5可知，该图相较于图2C增加了倾斜面纹理映射之后，纹理变形的情况得到了改善，月球立体地形图效果得到了明显的提升。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本发明的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

本发明实施例的另一方面，还提供了一种立体地形图的影像纹理映射装置，其中，其存储有可执行指令，所述可执行指令在由一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器执行以下操作：

根据立体地形图的数字高程模型DEM数据、以及与该立体地形图同空间范围的数字正射影像图DOM数据，对所述DEM数据进行拉升；

根据拉升后的DEM数据，构建多个倾斜三角面；

确定各倾斜三角面内所对应的纹理数据；

根据DEM数据像元的空间位置以及所述纹理数据，将DOM数据作为纹理，映射到所述立体地形图上。

综上，本发明的立体地形图的影像纹理映射方法及装置，通过将加权调和内插之后的DOM数据的纹理映射到拉升之后的DEM数据之上，形成的纹理映射之后的立体地形图，其纹理更加均匀整齐，能够克服局部地形变化较大区域的纹理映射变形的缺陷，较好的表达了立体地形图的真实特征，对于展示表达地形地貌细节特征具有重要意义。

再者，“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种立体地形图的影像纹理映射方法，包括：

根据立体地形图的数字高程模型DEM数据、以及与该立体地形图同空间范围的数字正射影像图DOM数据，对所述DEM数据进行拉升；

根据拉升后的DEM数据，构建多个倾斜三角面；

其中，构建多个倾斜三角面，具体包括：

通过像元倾斜方向表面构建算法，以像元为中心，以八邻域范围逐像元地构建8个倾斜三角面；

确定各倾斜三角面内所对应的纹理数据；

其中，确定各倾斜三角面内所对应的纹理数据，具体包括：

基于加权调和纹理映射算法，按照顺时针的方向，依次计算每个倾斜三角面内所对应的纹理数据；

其中，基于加权调和纹理映射算法，按照顺时针的方向，依次计算每个倾斜三角面内所对应的纹理数据，具体包括：

遍历所述DEM数据每个像元及其领域像元，根据平面坐标找到各像元在DOM数据上对应的纹理像元；

将在DEM数据上构建好的8个倾斜三角面分别对应到DOM数据上的8个平面三角面，在拉升后的倾斜三角面内***K个点；

计算倾斜三角形内插值点的平面坐标及高程，设DEM数据上的斜面三角形三个像元为P₁、P₂和P₃，取得插值点为P₀，对应的3个DOM数据的纹理像元为Q₁、Q₂和Q₃，设P₀点与倾斜三角形各顶点的距离a，b，c，倾斜三角形的倾角α，计算其在DOM数据上取的纹理值Q₀，Q₀的计算公式为：

Q₀＝(a/(a+b+c)*Q₁+b/(a+b+c)*Q₂+c/(a+b+c)*Q₃)*cosα；

其中，所述K个点的取点方法为沿着倾斜三角面的内角平分线，K＝1时该点为该倾斜三角面的内角平分线交点，K＞1时，多个点为该倾斜三角面的内角平分线交点和三角形顶点之间根据比例取值确定的点；

根据DEM数据像元的空间位置以及所述纹理数据，将DOM数据作为纹理，映射到所述立体地形图上。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述DEM数据进行拉升，具体包括：

根据所述立体地形图制图的要求，确定垂直方向比例尺的拉升系数N，从而对所述DEM数据进行拉升。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，通过像元倾斜方向表面构建算法，以像元为中心，以八邻域范围逐像元地构建8个倾斜三角面，具体包括：

遍历DEM数据像元，连接像元中心及像元八邻域中心，沿着顺时针的方向，连接八个邻域中心，从而连接得到九个质点和以其为顶点的8个三角面，构建得到像元的倾斜方向所有表面，即倾斜三角面。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，构建8个倾斜三角面之后，还包括步骤：计算各倾斜三角面面积与单位像元面积的比值，并取整确定整数比值K，且K满足公式：K＝[S₁/(0.5*S₂)]，其中，S₁为倾斜三角形面积，S₂为单位像元面积。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，根据DEM数据像元的空间位置以及所述纹理数据，将DOM数据作为纹理，映射到所述立体地形图上，包括步骤：

将所述纹理数据和每个DEM数据的中心点对应的纹理数据，按照其对应的DEM三维表面，映射到整个立体地图三维表面上，形成映射有纹理信息的立体地形图。

6.一种立体地形图的影像纹理映射装置，其中，其存储有可执行指令，所述可执行指令在由一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器执行以下操作：

根据立体地形图的数字高程模型DEM数据、以及与该立体地形图同空间范围的数字正射影像图DOM数据，对所述DEM数据进行拉升；

根据拉升后的DEM数据，构建多个倾斜三角面；

其中，构建多个倾斜三角面，具体包括：

通过像元倾斜方向表面构建算法，以像元为中心，以八邻域范围逐像元地构建8个倾斜三角面；

确定各倾斜三角面内所对应的纹理数据；

其中，确定各倾斜三角面内所对应的纹理数据，具体包括：

基于加权调和纹理映射算法，按照顺时针的方向，依次计算每个倾斜三角面内所对应的纹理数据；

其中，基于加权调和纹理映射算法，按照顺时针的方向，依次计算每个倾斜三角面内所对应的纹理数据，具体包括：

遍历所述DEM数据每个像元及其领域像元，根据平面坐标找到各像元在DOM数据上对应的纹理像元；

将在DEM数据上构建好的8个倾斜三角面分别对应到DOM数据上的8个平面三角面，在拉升后的倾斜三角面内***K个点；

计算倾斜三角形内插值点的平面坐标及高程，设DEM数据上的斜面三角形三个像元为P₁、P₂和P₃，取得插值点为P₀，对应的3个DOM数据的纹理像元为Q₁、Q₂和Q₃，设P₀点与倾斜三角形各顶点的距离a，b，c，倾斜三角形的倾角α，计算其在DOM数据上取的纹理值Q₀，Q₀的计算公式为：

Q₀＝(a/(a+b+c)*Q₁+b/(a+b+c)*Q₂+c/(a+b+c)*Q₃)*cosα；

其中，所述K个点的取点方法为沿着倾斜三角面的内角平分线，K＝1时该点为该倾斜三角面的内角平分线交点，K＞1时，多个点为该倾斜三角面的内角平分线交点和三角形顶点之间根据比例取值确定的点；

根据DEM数据像元的空间位置以及所述纹理数据，将DOM数据作为纹理，映射到所述立体地形图上。

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