基於Morphing變換的空間數據多尺度表達機制研究

《基於Morphing變換的空間數據多尺度表達機制研究》是依託武漢大學，由李精忠擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於Morphing變換的空間數據多尺度表達機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李精忠
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

空間數據多尺度表達能在較寬的尺度範圍內多層次地展示地表現象不同詳細程度的細節信息，具有廣泛的套用需求。本研究將計算機動畫技術中的Morphing變換引入到空間數據的多尺度表達，在兩端比例尺尺度控制下，通過形狀內插獲得該範圍內任意尺度下的新的圖形表達。針對地理空間數據不同於單純幾何定位數據的專業特色，從GIS套用角度對Morphing變換進行擴展，增加地理特徵剖分、特徵匹配數據預處理，之後再實行幾何形狀內插。本研究在突破多尺度表達產生的大數據量、多級版本跳躍變化等問題解決上有貢獻作用，可提高空間數據連續尺度變換的粒度、效率和質量，實現動態、連續、光滑的多尺度表達，對多層次空間分析、網路環境矢量數據漸進式傳輸、多源數據集成與融合、自適應動態可視化以及地形圖自動更新等具有重要的套用價值。

結題摘要

空間數據多尺度表達是GIS領域研究的熱點問題之一。目前，多尺度空間資料庫有兩種構建機制，即靜態多版本機制和動態線上綜合機制。受地圖綜合這一國際難題的影響，實時線上處理在智慧型決策和快速回響方面面臨瓶頸問題，動態線上綜合方法進展緩慢。目前的多尺度資料庫主要是基於靜態多版本機制的，它只能在幾個不同細節層次的有限尺度之間跳躍，既難滿足不同層次用戶的需求，又容易導致用戶觀察焦點的丟失。在數位技術、網路傳輸、多媒體可視化等技術平台支撐下，人們不再滿足於靜態、有限解析度的空間表達，提出了多維動態的空間認知要求，這是IT行業日益興起的 “個性化”“自適應”條件的表現。作為IT家族的一員，GIS應當為用戶提供“無級變焦”式可視化功能，實現場景的動態、連續、光滑變換，以維護用戶連續、漸變的心像地圖。結合這一需求，本研究將計算機動畫技術中的Morphing變換引入到空間數據的多尺度表達，在兩端比例尺尺度控制下，通過形狀內插獲得該範圍內任意尺度下的新的圖形表達。針對地理空間數據不同於單純幾何定位數據的專業特色，從GIS套用角度對Morphing技術進行擴展，在特徵提取、特徵匹配以及形狀內插各個階段都顧及了空間數據的地理特徵，在保持主體地理特徵的基礎上實現形狀漸變。提出一種基於模擬退火思想的線狀要素Morphing方法，針對同名線狀要素在大小比例尺下的兩種表達，首先提取小比例尺地圖上線狀要素的彎曲特徵點，然後採用模擬退火技術在特徵點與大比例尺線狀數據頂點之間建立全局最優匹配，匹配結果將兩線狀要素分割成多對對應折線段，最後針對每一組對應折線段採用常規線性插值方法進行Morphing插值。實驗證明，本研究提出的線狀要素Morphing 方法較好地顧及了線狀要素尺度變換過程中的彎曲化簡、刪除、誇大、典型化等綜合操作，變換結果能有效地保持原線狀要素的結構特徵，提高了Morphing變換的精度。本研究在突破多尺度表達產生的大數據量、多級版本跳躍變化等問題解決上有貢獻作用，可提高空間數據連續尺度變換的粒度、效率和質量，實現動態、連續、光滑的多尺度表達，對多層次空間分析、網路環境矢量數據漸進式傳輸、多源數據集成與融合、自適應動態可視化以及地形圖自動更新等具有重要的套用價值。