專(zhuān)利名稱(chēng)：通過(guò)使用立方根定標(biāo)來(lái)確定多邊形數(shù)據(jù)空間層次的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及確定用于在顯示設(shè)備上表示圖像的多邊形數(shù)據(jù)的空間層次。更特別地，本申請(qǐng)涉及通過(guò)使用立方根高度定標(biāo)來(lái)指定多邊形預(yù)算，范圍(range)，對(duì)象尺寸等到空間層次的系統(tǒng)和方法。
相關(guān)技術(shù)描述視覺(jué)場(chǎng)景的計(jì)算機(jī)生成受數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中的局限性和場(chǎng)景中對(duì)象的表示所約束。已經(jīng)提出許多圖像繪制技術(shù)。
美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4,715,005描述一種使用數(shù)學(xué)模型數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)計(jì)算機(jī)生成丘陵區(qū)和海景的視覺(jué)場(chǎng)景的技術(shù)。數(shù)學(xué)公式確定必須用來(lái)覆蓋顯示器的一部分的地形或海洋的范圍。地形和海洋使用正弦波來(lái)模擬。既沒(méi)有描述也沒(méi)有提出(i)使用數(shù)據(jù)多邊形表示和/或(ii)使用數(shù)據(jù)(地形)的層次表示。在專(zhuān)利號(hào)4,715,005中也沒(méi)有描述或提出使那里在地形和海景的環(huán)境中描述的技術(shù)適合于人文特征(例如建筑物)。
美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5,367,615描述頂點(diǎn)的空間增加以及用于平滑改變地形多邊形密度的細(xì)節(jié)過(guò)渡的連續(xù)級(jí)，其中細(xì)節(jié)是統(tǒng)計(jì)獲得的。在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4,715,005中沒(méi)有描述或提出使那里在地形的環(huán)境中描述的細(xì)節(jié)處理技術(shù)適合于人文特征(例如建筑物)。而且，既沒(méi)有描述也沒(méi)有提出數(shù)學(xué)地推導(dǎo)范圍圈。
概述本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N用于確定多邊形數(shù)據(jù)的空間層次的系統(tǒng)和方法。該方法包括，根據(jù)一種實(shí)施方案，獲得切換范圍，并且通過(guò)使用切換范圍和立方根定標(biāo)因子來(lái)確定空間層次的多邊形密度。
該方法包括，根據(jù)另一種實(shí)施方案，基于高度參數(shù)來(lái)確定立方根定標(biāo)因子，并且使用立方根定標(biāo)因子來(lái)定標(biāo)空間層次的細(xì)節(jié)級(jí)切換范圍。
該方法可以包含在存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，例如致密盤(pán)(CD)上，和/或通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，例如因特網(wǎng)，或其他傳輸介質(zhì)來(lái)傳送的計(jì)算機(jī)程序(或者一些代碼單元)中。
本申請(qǐng)也提供一種用于確定多邊形數(shù)據(jù)的空間層次的系統(tǒng)。在一種實(shí)施方案中，該系統(tǒng)包括用戶(hù)接口和特征分析儀。特征分析儀通過(guò)使用通過(guò)用戶(hù)接口獲得的(i)立方根定標(biāo)因子和(ii)切入距離和切出距離來(lái)確定空間層次的多邊形密度。
立方根定標(biāo)因子可以基于高度參數(shù)來(lái)確定。空間層次可以是基于瓷磚的(tile-based)。多邊形數(shù)據(jù)可以對(duì)應(yīng)于人文特征。
空間層次的設(shè)計(jì)參數(shù)可以通過(guò)用戶(hù)接口來(lái)獲得和/或修改。例如，下面的一個(gè)或多個(gè)可以通過(guò)用戶(hù)接口來(lái)獲得和/或修改空間層次中的級(jí)數(shù)；空間層次的每一級(jí)的瓷磚的范圍；將插入到空間層次的每一級(jí)中的多邊形元素的臨界尺寸；以及空間層次的每一級(jí)的瓷磚的切換距離。
附圖簡(jiǎn)述本申請(qǐng)的特征可以從下面參考附圖的詳述中更容易明白，其中

圖1A和1B顯示從所選視點(diǎn)看到的計(jì)算機(jī)屏幕主體帶的各個(gè)二維圖形表示；圖2顯示垂直視場(chǎng)的圖形表示；圖3顯示從顯示屏中心開(kāi)始垂直密度減小的圖形表示；
圖4顯示從顯示屏中心開(kāi)始水平密度減小的圖形表示；圖5顯示當(dāng)定標(biāo)開(kāi)啟時(shí)，瓷磚的地面范圍作為高度的函數(shù)的圖形表示；圖6A和6B顯示在各個(gè)附加和替代的設(shè)計(jì)中，用于確定對(duì)象尺寸的臨界距離的圖形表示。
圖7顯示根據(jù)本申請(qǐng)一種實(shí)施方案的點(diǎn)特征密度分析工具中的輸入表單；圖8顯示根據(jù)本申請(qǐng)一種實(shí)施方案的點(diǎn)特征密度分析工具中的輸出瓷磚設(shè)計(jì)表單；圖9顯示根據(jù)本申請(qǐng)一種實(shí)施方案的點(diǎn)特征密度分析工具中的輸出特征尺寸表單；圖10顯示根據(jù)本申請(qǐng)一種實(shí)施方案的點(diǎn)特征密度分析工具中的輸出四叉樹(shù)表單；圖11顯示根據(jù)本申請(qǐng)一種實(shí)施方案用于確定多邊形數(shù)據(jù)的空間層次的系統(tǒng)的框圖；圖12顯示根據(jù)本申請(qǐng)一種實(shí)施方案用于確定多邊形數(shù)據(jù)的空間層次的方法的流程圖；并且圖13顯示根據(jù)本申請(qǐng)另一種實(shí)施方案用于確定多邊形數(shù)據(jù)的空間層次的方法的流程圖。
詳述本申請(qǐng)?zhí)峁┯糜诖_定在顯示器和/或輸出媒體(例如傳統(tǒng)顯示器和輸出設(shè)備)上表示圖像的多邊形數(shù)據(jù)的空間層次的新的方法學(xué)(例如，以系統(tǒng)和方法的形式)。在空間層次中，顯示特征(feature)的細(xì)節(jié)級(jí)根據(jù)視點(diǎn)和特征之間的距離而變化。
可以使用由本申請(qǐng)?zhí)峁┑拿芏扔?jì)算方法，與特征優(yōu)先化方法一起，以提供源特征數(shù)據(jù)的選擇和幾何模型到數(shù)據(jù)庫(kù)的特定細(xì)節(jié)級(jí)的指定。由本申請(qǐng)?zhí)峁┑姆椒梢杂脕?lái)使數(shù)據(jù)庫(kù)中的特征內(nèi)容最大，而不超過(guò)圖像繪制系統(tǒng)的容量。該方法也可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)任何高度的恒定多邊形密度。該方法可以適用于例如飛行模擬/視覺(jué)模擬/地理數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)或軟件。
根據(jù)圖11中所示的一種實(shí)施方案，系統(tǒng)110包括用戶(hù)接口111，特征分析儀112以及顯示器113。特征分析儀112包括定標(biāo)模塊112a。用戶(hù)接口111和/或特征分析儀112可以是存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中和/或通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或其他傳輸介質(zhì)傳送的計(jì)算機(jī)程序。
根據(jù)本申請(qǐng)的一種實(shí)施方案，一種用于確定多邊形數(shù)據(jù)的空間層次的方法將參考圖11和12來(lái)描述。切換范圍通過(guò)用戶(hù)接口111來(lái)獲得(步驟121)。多邊形密度由特征分析儀112使用切換范圍和立方根定標(biāo)因子來(lái)確定(步驟122)。
根據(jù)本申請(qǐng)的另一種實(shí)施方案，一種用于確定多邊形數(shù)據(jù)的空間層次的方法將參考圖11和13來(lái)描述。立方根定標(biāo)因子由特征分析儀112基于通過(guò)用戶(hù)接口111獲得的高度參數(shù)來(lái)確定(步驟131)。特征分析儀的定標(biāo)模塊112a使用立方根定標(biāo)因子來(lái)定標(biāo)空間層次的細(xì)節(jié)級(jí)的切換范圍(步驟132)。
現(xiàn)在將提供用于確定多邊形數(shù)據(jù)的空間層次的系統(tǒng)和方法的更細(xì)節(jié)描述。
假設(shè)多邊形預(yù)算例如與數(shù)據(jù)庫(kù)中的存儲(chǔ)空間相對(duì)應(yīng)，地面上(假設(shè)為平地)的理想多邊形密度可以表示為觀察高度z和到視點(diǎn)的距離d的函數(shù)，如下chaninfo*預(yù)算*(z/d3)，其中chaninfo=12tanFOVh2(tanFOVu+tanFOVd)]]>FOVh表示水平視場(chǎng)，F(xiàn)OVu表示垂直視線(xiàn)之上的角度，而FOVd表示垂直視線(xiàn)之下的角度。
對(duì)于給定(指定)高度z0，上面等式可以用來(lái)計(jì)算多邊形瓷磚可能包含的多邊形的(理想)數(shù)目(依賴(lài)于瓷磚的切換范圍和范圍)。
當(dāng)在與設(shè)計(jì)高度z0顯著不同的高度z繪制時(shí)，多邊形預(yù)算可能被破壞，例如在高的高度幾乎沒(méi)有多邊形，而在低的高度有非常多。這可以通過(guò)用立方根定標(biāo)，(z/z0)1/3，定標(biāo)細(xì)節(jié)級(jí)(LOD)切換范圍來(lái)防止。
1連續(xù)區(qū)中的分析1.1對(duì)應(yīng)于水平屏幕帶的地面上的區(qū)域?yàn)榱擞?jì)算多邊形密度，參考圖1A和1B，考慮計(jì)算機(jī)屏幕的水平帶(對(duì)應(yīng)于從視點(diǎn)看到的角度θ；t＝tanθ)，并且相應(yīng)的地面區(qū)域如下來(lái)確定area(z0,d)≈2y0(x1-x0)=2tanFOVh2d3z0f(p)---(1)]]>其中，F(xiàn)OVh表示水平視場(chǎng)，p表示視點(diǎn)高度z0的仰俯角，并且f(p)=sin2p(1+ttanptanp-t-1tanp)]]>中間結(jié)果如下area=2z02cosptanFOVh2(tanp+1tanp)(1+tanptanp-t-1tanp),]]>cosp(tanp+1tanp)=sinp+cos2psinp=1sinp=sin2psin3p,]]>其中sinp=z0d.]]>等式(1)可以大大地簡(jiǎn)化，通過(guò)選擇非常小的θ，從而實(shí)現(xiàn)t＜＜tanp，對(duì)于所有斜度(因?yàn)檫h(yuǎn)剪取平面的存在暗示著p具有下界)，使得下式成立f(p)=sin2pttan2p+t(tanp-t)tanp≈t]]>為了計(jì)算正確的多邊形密度，當(dāng)將水平視場(chǎng)與地面相交時(shí)，角度β實(shí)際上小于FOVh。
1.2連續(xù)區(qū)中的多邊形密度為了確定多邊形密度，焦距首先從垂直視場(chǎng)參數(shù)中確定。如下面所說(shuō)明的，描繪給定對(duì)象的垂直象素的數(shù)目使用焦距來(lái)確定。
參考圖2，垂直視場(chǎng)一般是不對(duì)稱(chēng)的，具有垂直視線(xiàn)之上的角度FOVu和垂直視線(xiàn)之下的角度FOVd。下面式子可以參考圖2來(lái)確定象素的垂直數(shù)目＝upix+dpix，焦距＝upix/tanFOVu＝dpix/tanFOVd， 為了從等式(1)推導(dǎo)密度(density)，分配給水平屏幕帶(角度θ)的多邊形數(shù)目n除以等式(1)的面積。
獲得下面的等式 1.3密度下落和校正屏幕(視線(xiàn))中心的密度典型地大于周?chē)?。等屏幕面積的垂直帶在屏幕的底部和頂部邊緣對(duì)應(yīng)較小的角度。上視場(chǎng)的總體減小如下，并且類(lèi)似的等式對(duì)下視場(chǎng)成立1FOVu∫0FOVucos2ψdψ=12+sin2FOVu4FOVu--(3)]]>總垂直密度減小是等式(3)對(duì)于上和下視場(chǎng)由(tanFOVu，tanFOVd)加權(quán)的平均值。具有相等的屏幕長(zhǎng)度增量(t)，與屏帶相對(duì)應(yīng)的角度隨著離屏幕中心的角度從θ減小到θcos2ψ，如圖3中所示。
現(xiàn)在參考圖4，在屏幕的左和右邊緣，到投影在屏幕上的對(duì)象的距離比在中心大。因此，密度乘以cos3。總體水平下降(cos3)如下 多邊形預(yù)算可以通過(guò)除以等式(3)和(4)的乘積來(lái)增加。等式(4)中的最大角度小于FOVh/2，對(duì)于不等于零的與垂直視線(xiàn)的偏角ψ(最大角度的正切乘以cosψ)。而且，瓷磚式排列的人工制品可以減輕水平減小。密度減小可能是有益的現(xiàn)象，假設(shè)屏幕中心應(yīng)該得到更多細(xì)節(jié)的話(huà)。
2分層瓷磚式排列系統(tǒng)的分析2.1瓷磚的多邊形密度如果(d1，d2)表示瓷磚的切換范圍，并且z0表示設(shè)計(jì)高度，適當(dāng)?shù)拇纱u密度可以通過(guò)求等式(2)的總的多邊形貢獻(xiàn)對(duì)覆蓋在d1和d2之間的地面面積的平均值來(lái)計(jì)算，如下 1d1-1d2d22-d12=1d1d2(d1+d2)]]>對(duì)地面范圍r積分和對(duì)斜距d積分是相同的，如由下面的變量變換所顯示的δr=δd2-z2=dd2-z2δd=drδd]]>rδr＝dδd瓷磚的多邊形預(yù)算可以通過(guò)用等式(5)乘以瓷磚面積來(lái)獲得。
可以考慮附加的和替代的瓷磚層次。在附加的平鋪層次中，切出距離對(duì)每個(gè)瓷磚是零。當(dāng)子瓷磚切入時(shí)，它們?cè)黾佣噙呅蚊芏?。父瓷磚不切出，除非到瓷磚中心的距離大于該瓷磚的切入距離。
在替代的層次中，當(dāng)瓷磚切出時(shí)，占用由切出瓷磚留下的空位的子瓷磚被強(qiáng)行切入，代替父瓷磚。由此可見(jiàn)，僅有切出信息用來(lái)確定可見(jiàn)性。替代的層次的多邊形密度等式如下 其中d1是瓷磚的切出距離，而d2是“切入距離”(父瓷磚的切出距離)。
對(duì)于附加的層次，相同的等式用作出發(fā)點(diǎn)，其中d2表示瓷磚切入距離，d1表示下一個(gè)較小瓷磚集的切入距離，并且給它加上所有較大瓷磚的累積密度(因?yàn)槊芏日谠黾?。
2.2定標(biāo)LOD切換范圍為了確定如何“變換”切換距離以使z0的密度曲線(xiàn)與z的密度曲線(xiàn)相匹配，恒定的密度強(qiáng)加到等式(2)，并且立方根定標(biāo)如下直接獲得d=d0zz03]]>在定標(biāo)之后，使高度與切入距離si相等，給定瓷磚可見(jiàn)所處的最大高度如下獲得z=zz0si3]]>z=si3z0---(6)]]>在顯著小于較小瓷磚的切入半徑的高度使用立方根定標(biāo)在某些情況下可能是不適合的。例如，立方根定標(biāo)匹配理想的密度曲線(xiàn)，從而假設(shè)同樣具有更高密度的較小瓷磚可以無(wú)限獲得。
而且，一旦高度小于最小切入半徑的某個(gè)分?jǐn)?shù)，當(dāng)高度減小時(shí)，所有地面范圍僅最低程度地增加。從而多邊形數(shù)保持大約恒定而不定標(biāo)。例如，第二次觀察，最小瓷磚的地面范圍r可以作為高度的函數(shù)來(lái)繪制，如圖5中所示，假設(shè)定標(biāo)開(kāi)啟，使用如下等式r2=(zz0)23si2-z2]]>其中，si是該瓷磚的靜態(tài)(定標(biāo)前)切入半徑。對(duì)應(yīng)最大范圍的高度，其通過(guò)求出使r2的導(dǎo)數(shù)為零的高度而獲得，如下si327z0]]>這個(gè)高度對(duì)應(yīng)于定標(biāo)的良好固定高度。在該高度之下，定標(biāo)同時(shí)減少所有級(jí)的多邊形數(shù)，沒(méi)有附加的級(jí)來(lái)填充間隙。
2.3填充每組瓷磚的對(duì)象的推薦尺寸用戶(hù)定義MINPIX值，以及MAXPIX值，例如[1象素，4象素]。MINPIX是對(duì)象可以的(垂直)象素(通道不需要使用方形象素)中的最小尺寸。MAXPIX是當(dāng)對(duì)象切入(或“彈入”)瓷磚和從切出瓷磚時(shí)，對(duì)象可以的(垂直)象素中的最大尺寸。
考慮下面 圖6A和6B顯示在分別是附加和替代的方案中，用于使用等式(7)來(lái)確定合適的對(duì)象尺寸的距離，其中使用的MINPIX為d2并且MAXPIX為d1。因此，最小和最大對(duì)象尺寸可以對(duì)于瓷磚在該高度上是可見(jiàn)的所有高度來(lái)確定[參看等式(6)]。
用戶(hù)可以指定最小瓷磚的地面范圍，例如以瓷磚直徑的因子來(lái)表示。在3附近的數(shù)是合理的選擇，其指定大約十到二十個(gè)這種瓷磚是可見(jiàn)的。設(shè)計(jì)高度z0可是設(shè)置在該地面范圍內(nèi)，如上所述。定標(biāo)在上面比在下面(最小瓷磚的限度)工作得更好。但是，設(shè)計(jì)高度不能比該第一地面范圍小太多(在必須固定定標(biāo)之前提供一些上下定標(biāo)杠桿)。
隨著z0如上所述地確定，第一切入距離可以確定。隨后的切入距離可以被設(shè)置，以在每個(gè)瓷磚中具有大約相同的多邊形數(shù)(可能具有一些調(diào)整)。例如，如果瓷磚的尺寸加倍(如在四叉樹(shù)中)，那么密度除以四，這當(dāng)切入距離乘以(4)1/3≈1.6時(shí)發(fā)生(參見(jiàn)等式(2))。
立方根定標(biāo)在變化的高度精確匹配(理想)密度曲線(xiàn)。為了對(duì)整個(gè)多邊形數(shù)據(jù)庫(kù)使用單一的標(biāo)度，多邊形瓷磚可以在相同的高度設(shè)計(jì)并且使用等式(5)，即使并不是所有的瓷磚都可見(jiàn)，以指定密度。
示范性實(shí)施方案在下面描述。該實(shí)施方案使用電子表格來(lái)提供用戶(hù)接口。但是，應(yīng)當(dāng)理解，也可以使用或交替使用其他類(lèi)型的用戶(hù)接口。例如，用戶(hù)接口可以是標(biāo)準(zhǔn)的，常規(guī)的或?qū)Ｓ玫膱D形用戶(hù)接口中的一種或其組合。用戶(hù)接口也可以包括語(yǔ)音接口特征，這些特征也是傳統(tǒng)已知的因此不在這里詳細(xì)討論。
3點(diǎn)特征密度分析工具點(diǎn)特征密度分析工具(PFDA)可以用來(lái)指定描繪例如人文特征的多邊形數(shù)據(jù)的瓷磚基空間層次?？梢员恢付ǖ男畔▽哟蔚念?lèi)型(附加的或替代的)，層次中的級(jí)數(shù)，層次每一級(jí)的瓷磚的范圍，以及每一級(jí)的瓷磚的切換距離。指定信息也可以包括將應(yīng)用到每一級(jí)的多邊形密度，LOD定標(biāo)函數(shù)(其是高度的函數(shù))，以及將插入到每一級(jí)中的多邊形元素的臨界尺寸(下面描述)。PFDA提供用戶(hù)接口和特征分析儀。點(diǎn)特征選擇和分配工具(不在這里討論)可選地可以用來(lái)指定實(shí)際的特征到人文層次的瓷磚。
臨界尺寸是在顯示器上看見(jiàn)的特征的尺寸，或者相同特征的兩種顯示之間的尺寸的差。一般地，這是特征的最大尺寸，但是依賴(lài)于特征的類(lèi)型，其他情況可以應(yīng)用。一些具體情況的實(shí)例包括飛機(jī)場(chǎng)，無(wú)線(xiàn)電塔以及其他“線(xiàn)框”特征，以及特別拉長(zhǎng)的特征。當(dāng)替換模型時(shí)，使用兩個(gè)模型之間差的量度。
臨界尺寸用來(lái)確定模型在場(chǎng)景中適合的范圍。一個(gè)極端的例子是房屋模型，門(mén)的紋理畫(huà)面處于低LOD并且多邊形門(mén)框處于高LOD。高LOD的臨界尺寸僅有1/2英寸！雖然門(mén)是7×3英尺，門(mén)框僅當(dāng)觀察者足夠近以識(shí)別門(mén)的1/2英寸厚度時(shí)是成比例的。臨界尺寸是建模的考慮因素，并且僅可以由模型幾何的算法檢驗(yàn)來(lái)粗略地估計(jì)。
根據(jù)一種實(shí)施方案，PFDA可是實(shí)現(xiàn)為用于分析點(diǎn)特征(建筑物，橋梁，樹(shù)木等)的Excel電子表格，但是也可以提供用于分析其他可見(jiàn)元素的裝置。PFDA可以具有內(nèi)置的確認(rèn)步驟，通過(guò)該步驟可見(jiàn)的瓷磚對(duì)于廣闊范圍的高度和視線(xiàn)交互地計(jì)算，以模擬多邊形預(yù)算如何在各種設(shè)置下使用，假設(shè)遵循每個(gè)瓷磚的多邊形數(shù)的推薦值。
圖7顯示示范性的輸入表。由PFDA提供的下面的輸入可以由用戶(hù)來(lái)修改(a)通道和視圖信息，包括水平和垂直視場(chǎng)，象素?cái)?shù)目，視場(chǎng)深度(到遠(yuǎn)的剪取平面的距離)；(b)瓷磚式排列方案定義，包括以米為單位的地理單元的覆蓋范圍，四叉樹(shù)級(jí)數(shù)，以及地理單元中的四叉樹(shù)數(shù)目；(c)設(shè)計(jì)參數(shù)，包括多邊形預(yù)算，當(dāng)相應(yīng)的瓷磚切入或切出時(shí)屏幕上以象素為單位的對(duì)象最小尺寸(minpix)和最大尺寸(maxpix)，以及minpix和maxpix與其相關(guān)的最大高度maxAlt；以及(d)四叉樹(shù)顯示設(shè)置(設(shè)計(jì)確認(rèn))，包括垂直視線(xiàn)，高度，以及視點(diǎn)的x，y坐標(biāo)。一旦通道和視圖信息，以及設(shè)計(jì)參數(shù)被輸入，大部分設(shè)計(jì)工作包括完成瓷磚式排列方案定義。
設(shè)計(jì)定義可以在單元格N3-6中輸入。用戶(hù)在單元格N3-4中輸入“瓷磚中對(duì)象的最小和最大尺寸”(minpix和maxpix)參數(shù)。Minpix指出在屏幕上在任何時(shí)間任何對(duì)象可以是多小(一般地，一個(gè)象素是合理的選擇)。Maxpix指出當(dāng)對(duì)象隨著它的瓷磚切入或切出而“彈入”和“彈出”時(shí)對(duì)象可以是多大。如果對(duì)象用該對(duì)象的不同LOD取代時(shí)，那么兩者之間的視差是所要測(cè)量的。多邊形預(yù)算可以在單元格N5中輸入。minpix和maxpix與其相關(guān)的最大高度可以在單元格N6中輸入。
瓷磚式排列方案定義可以通過(guò)單元格E13-20輸入?？偟母采w尺寸在單元格E13-14中指定。用戶(hù)可以選擇在x和y方向E15-16將其分成任何數(shù)目(整數(shù))的四叉樹(shù)。
四叉樹(shù)級(jí)數(shù)可以在單元格E17中輸入，并且典型地在2到8之間。有效級(jí)的數(shù)目也可以反映在輸出表格中。四叉樹(shù)中的級(jí)數(shù)越多，最高LOD處產(chǎn)生越小的瓷磚，從而也有機(jī)會(huì)顯示更小的特征。這是以增加的挑選深度和更大的區(qū)域文件存儲(chǔ)空間為代價(jià)而得來(lái)的。
第一范圍帶(最高LOD)中的瓷磚數(shù)目可以在單元格E18中輸入，并且是特別感興趣的參數(shù)。當(dāng)增加該數(shù)目時(shí)，在第一帶之后，所有范圍帶的尺寸增加。從而獲得更精細(xì)粒度的四叉樹(shù)，通常對(duì)應(yīng)于多邊形預(yù)算的更優(yōu)美的匹配。這是以每個(gè)瓷磚較低的多邊形數(shù)，和較大的挑選和切換負(fù)載為代價(jià)而獲得的。降低該數(shù)目使得瓷磚切換更加積極，因此增加層次級(jí)在替換設(shè)計(jì)中被跳過(guò)的可能性。四叉樹(shù)模擬提供這種效果的可視化。
“每瓷磚多邊形的減小率”可以在單元格E19中輸入，并且用來(lái)控制隨后四叉樹(shù)LOD的每瓷磚的多邊形數(shù)目。當(dāng)設(shè)置為1時(shí)，它近似恒定。當(dāng)增加時(shí)，每瓷磚的多邊形數(shù)目減小，并且范圍帶的尺寸減小。
層次類(lèi)型(附加＝1，替代＝0)在單元格E20中指定。附加層次使得特征隨著觀察者的靠近而切入并駐留。在替換層次中，隨著觀察者的靠近，特征用更高多邊形數(shù)的版本來(lái)替換。這個(gè)選擇對(duì)密度在整個(gè)場(chǎng)景中分配的方式以及使用模型的類(lèi)型有重大的影響。四叉樹(shù)模擬提供這種效果的可視化。
輸出概要(行24～35)可以在輸入表格上提供(見(jiàn)圖7)。每個(gè)瓷磚的切換范圍(斜距)在單元格N27-034中顯示。切換范圍受到由定標(biāo)模塊執(zhí)行的基于高度的定標(biāo)。在定標(biāo)模塊中用于定標(biāo)的輸出參數(shù)在輸入表格的單元格N18-19中提供。定標(biāo)模塊依賴(lài)于高度而使用N18∶20中的信息來(lái)定標(biāo)這些值。
單元P27-Q34顯示每個(gè)瓷磚的實(shí)際多邊形預(yù)算以及以每1平方公里多邊形數(shù)目為單位的實(shí)際密度。使用這些輸入，用戶(hù)可以確定什么樣的累積密度是合理的。減少四叉樹(shù)級(jí)數(shù)(E17)，顯著地減少最高級(jí)的密度。增加覆蓋范圍內(nèi)四叉樹(shù)的數(shù)目(E15∶16)增加該密度。增加最高級(jí)的范圍帶中瓷磚的數(shù)目(E18)減小該密度以及每瓷磚的多邊形。增加每瓷磚多邊形的減小率(E19)僅影響隨后級(jí)(低于最高級(jí))的每瓷磚的多邊形，但不影響最高級(jí)的多邊形數(shù)和密度。
單元格R27-T34顯示每個(gè)瓷磚的推薦的最小和最大對(duì)象尺寸，基于在單元格N3∶N4中輸入的信息。如果最小尺寸超過(guò)最大尺寸，Min＞Max出現(xiàn)在T列中。尺寸分布是符合要求的，如果“Min＞Max”不出現(xiàn)，如果尺寸范圍匹配用戶(hù)數(shù)據(jù)，并且如果瓷磚之間的間隙不是太寬。增加四叉樹(shù)的級(jí)數(shù)提供較大的分布和較小的尺寸。增加每覆蓋范圍的四叉樹(shù)的數(shù)目全局地減小尺寸。增加每瓷磚多邊形的減小率可以消除Min＞Max問(wèn)題，以較大瓷磚中很少的多邊形為代價(jià)。相同方法使用于增加最高級(jí)的范圍帶中的瓷磚數(shù)目。此外，在改變這些中的任何一個(gè)之后，用戶(hù)可以按壓四叉樹(shù)模擬按鈕來(lái)使可見(jiàn)瓷磚的新的挑選負(fù)載和數(shù)目生效。
為了使每種類(lèi)型的可見(jiàn)瓷磚的數(shù)目和給定高度的可見(jiàn)多邊形的數(shù)目生效，四叉樹(shù)宏可以通過(guò)按壓?jiǎn)卧馣25-L25中的“運(yùn)行四叉樹(shù)模擬”按鈕來(lái)激活。然后，對(duì)于所選高度(N9)和視線(xiàn)(N10)的可見(jiàn)瓷磚的圖形顯示在輸出四叉樹(shù)表格中產(chǎn)生(圖10)。
單元格K27-L31顯示確認(rèn)/模擬的概要，包括LOD挑選(L28)和截錐體(frustrum)挑選(L29)負(fù)載的測(cè)量。可見(jiàn)的瓷磚(L30)和多邊形(L31)的數(shù)目也可以提供。在單元格L31中指出的多邊形數(shù)目近似地對(duì)應(yīng)預(yù)算，依賴(lài)于高度(N9)，垂直視線(xiàn)(N10)以及視點(diǎn)位置(N12-13)。在輸入數(shù)據(jù)的任何改變之后，激活“運(yùn)行四叉樹(shù)模擬”按鈕，使得這些數(shù)目可以更新。它們基于在模擬中計(jì)算可見(jiàn)的瓷磚，但是不表示實(shí)際場(chǎng)景圖可能提供什么。
更詳細(xì)的輸出信息可以在其他表格上提供，例如圖8-10中所示，包括下面(1)每瓷磚的多邊形數(shù)以及瓷磚靜態(tài)切換范圍(輸出-瓷磚設(shè)計(jì)表格圖8)；(2)對(duì)一個(gè)范圍的高度，推薦的最小和最大特征臨界尺寸(輸出-特征尺寸表格圖9)，其顯示在給定輸入條件下所選的瓷磚；以及(3)所選設(shè)計(jì)的圖形確認(rèn)(輸入-四叉樹(shù)表格圖10)。
現(xiàn)在將描述在輸出-瓷磚設(shè)計(jì)表格(圖8)中的輸出。在該工作表中計(jì)算的靜態(tài)切換范圍(單元格A11-18)和每瓷磚的多邊形計(jì)數(shù)(G11-18)在輸入表中拷貝。用戶(hù)可以通過(guò)在單元格H11-18中鍵入許多他/她的選擇來(lái)覆蓋多邊形密度等式。
當(dāng)執(zhí)行四叉樹(shù)確認(rèn)時(shí)(通過(guò)按壓輸入表格中的“運(yùn)行四叉樹(shù)”按鈕來(lái)觸發(fā))，確認(rèn)輸出被提供，包括挑選和LOD切換負(fù)載(G2，G3)，可見(jiàn)的瓷磚(F11-19)和可見(jiàn)的多邊形數(shù)(I11-19)。這些可見(jiàn)的瓷磚和多邊形使用模擬來(lái)計(jì)算，但是不用于密度計(jì)算(代替地，使用一般的等式)。它們依賴(lài)于觀察參數(shù)(高度，仰俯角，視點(diǎn)的x和y位置)。模擬僅執(zhí)行瓷磚挑選，與精確的觀察截錐體挑選相反。而且，觀察截錐體可能大于模擬的工作空間。因此，輸入的多邊形預(yù)算不與單元I19中的精確匹配。而且，模擬假設(shè)精確的多邊形數(shù)(G11-18，或者H11-18當(dāng)用戶(hù)選擇覆蓋時(shí))應(yīng)用到每個(gè)瓷磚，如由將聚集的特征的人造物到地理瓷磚所示的。改變模擬的視點(diǎn)位置在瓷磚挑選過(guò)程中導(dǎo)致混迭效應(yīng)?！皠?dòng)態(tài)人文定標(biāo)”在定標(biāo)模塊中啟用。
現(xiàn)在將描述輸出-特征尺寸表格(圖9)中的輸出。下面的表格(B17-I24)指定最大LOD-瓷磚級(jí)(LOD1)的特征臨界尺寸的范圍。minpix和maxpix輸入值對(duì)于一定范圍的高度轉(zhuǎn)換成以米為單位的特征臨界尺寸，從在輸入表格中指定的maxAlt開(kāi)始，并且以指數(shù)級(jí)減小。在所有高度，低于單元格B24且大于單元格C17的尺寸不違反約束。單元格I17中的值，其在單元格I18-24中重復(fù)，是單元格B24和C17的幾何平均值。
上面的表格(B4-I11)應(yīng)用到其他LOD。用戶(hù)在單元格D2中指定適當(dāng)?shù)腖OD數(shù)目。右邊的圖表說(shuō)明與上面的表格相對(duì)應(yīng)的最小和最大特征臨界尺寸。
輸出-四叉樹(shù)表格(圖10)提供在按壓輸入表格中的“運(yùn)行四叉樹(shù)模擬”按鈕之后，在細(xì)節(jié)級(jí)和觀察截錐體挑選之后的可見(jiàn)瓷磚的圖形布局。
上面具體的實(shí)施方案是說(shuō)明性的，并且可以不背離公開(kāi)內(nèi)容的本質(zhì)或者附加的權(quán)利要求書(shū)的范圍，在這些實(shí)施方案上引入許多變化。在該公開(kāi)內(nèi)容和附加的權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)，不同說(shuō)明性實(shí)施方案的要素和/或特征可以彼此組合和/或彼此取代。
例如，通過(guò)閱讀于2001年3月27日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)系列號(hào)60/279,181，在此引入僅作參考，附加的變化對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯然的。
權(quán)利要求
1.一種確定多邊形數(shù)據(jù)的空間層次的方法，包括獲得切換范圍；以及通過(guò)使用切換范圍和立方根定標(biāo)因子來(lái)確定用于空間層次的多邊形密度。
2.權(quán)利要求1的方法，其中立方根定標(biāo)因子基于高度參數(shù)來(lái)確定。
3.權(quán)利要求1的方法，其中空間層次是基于瓷磚的。
4.權(quán)利要求1的方法，其中多邊形數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于人文特征。
5.權(quán)利要求1的方法還包括提供用戶(hù)接口，其中空間層次的設(shè)計(jì)參數(shù)通過(guò)用戶(hù)接口來(lái)獲得和/或修改。
6.權(quán)利要求5的方法，其中空間層次中的級(jí)數(shù)通過(guò)用戶(hù)接口來(lái)獲得和/或修改。
7.權(quán)利要求5的方法，其中空間層次的每一級(jí)的瓷磚范圍通過(guò)用戶(hù)接口來(lái)獲得和/或修改。
8.權(quán)利要求5的方法，其中將插入到空間層次的每一級(jí)中的多邊形元素的臨界尺寸通過(guò)用戶(hù)接口來(lái)獲得和/或修改。
9.權(quán)利要求5的方法，其中空間層次的每一級(jí)的瓷磚的切換距離通過(guò)用戶(hù)接口來(lái)獲得和/或修改。
10.一種用于確定多邊形數(shù)據(jù)的空間層次的系統(tǒng)，包括用戶(hù)接口；以及特征分析儀，用于通過(guò)使用(i)通過(guò)用戶(hù)接口獲得的切換范圍，和(ii)立方根定標(biāo)因子來(lái)確定用于空間層次的多邊形密度。
11.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中立方根定標(biāo)因子基于高度參數(shù)來(lái)確定。
12.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中空間層次是基于瓷磚的。
13.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中多邊形數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于人文特征。
14.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中空間層次的設(shè)計(jì)參數(shù)通過(guò)用戶(hù)接口來(lái)獲得和/或修改。
15.權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中空間層次中的級(jí)數(shù)通過(guò)用戶(hù)接口來(lái)獲得和/或修改。
16.權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中空間層次的每一級(jí)的瓷磚范圍通過(guò)用戶(hù)接口來(lái)獲得和/或修改。
17.權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中將插入到空間層次的每一級(jí)中的多邊形元素的臨界尺寸通過(guò)用戶(hù)接口來(lái)獲得和/或修改。
18.權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中空間層次的每一級(jí)的瓷磚的切換距離通過(guò)用戶(hù)接口來(lái)獲得和/或修改。
19.一種機(jī)器可讀的程序存儲(chǔ)設(shè)備，有形地體現(xiàn)一個(gè)可由機(jī)器執(zhí)行的指令程序，以執(zhí)行用于確定多邊形數(shù)據(jù)的空間層次的方法步驟，該方法步驟包括獲得切換范圍；以及通過(guò)使用切換范圍和立方根定標(biāo)因子來(lái)確定空間層次的多邊形密度。
20.一種體現(xiàn)在傳輸介質(zhì)中的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)，其具體表達(dá)可由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的、用于確定多邊形數(shù)據(jù)的空間層次的指令，包括第一段，包括用戶(hù)接口代碼；以及第二段，包括特征分析代碼，以通過(guò)使用(i)通過(guò)用戶(hù)接口代碼獲得的切換范圍，和(ii)立方根定標(biāo)因子來(lái)確定用于空間層次的多邊形密度。
21.一種確定用于多邊形數(shù)據(jù)的空間層次的方法，包括基于高度參數(shù)確定立方根定標(biāo)因子；以及使用立方根定標(biāo)因子來(lái)定標(biāo)空間層次的細(xì)節(jié)級(jí)的切換范圍。
全文摘要
一種確定多邊形數(shù)據(jù)的空間層次的方法，包括獲得切換范圍，并且使用切換范圍和立方根定標(biāo)因子來(lái)確定空間層次的多邊形密度。另一種確定多邊形數(shù)據(jù)的空間層次的方法，包括基于高度參數(shù)確定立方根定標(biāo)因子，并且使用立方根定標(biāo)因子來(lái)定標(biāo)空間層次的細(xì)節(jié)級(jí)的切換范圍。方法可以在存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，例如光盤(pán)(即CD)上，和/或通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，例如因特網(wǎng)，或其他傳輸介質(zhì)傳送的計(jì)算機(jī)程序(或一些代碼單元)中實(shí)施。
文檔編號(hào)G06T15/10GK1500256SQ02807468
公開(kāi)日2004年5月26日 申請(qǐng)日期2002年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月27日
發(fā)明者安德烈·庫(kù)茨?？? 丹·布羅克韋, 斯蒂芬·格蘇克, 邁克爾·菲奇, 馬克·維爾, 格蘇克, 菲奇, 安德烈 庫(kù)茨?？? 維爾, 羅克韋 申請(qǐng)人:計(jì)算機(jī)聯(lián)合思想公司