矢量地图图幅裁剪技术研究
罗胜 郭海涛 张保明
(1 信息工程大学测绘学院遥感信息工程系 郑州市陇海中路66号, 450052)
摘要:本文针对矢量地图的图幅裁剪要求,讨论了目前矢量地图图幅裁剪的原理和方法,并提出了一种图幅裁剪的通用算法,适应于对矢量数据中的点,线和面数据的裁剪.实验表明,该算法运行快速,可靠性高.
关键词:矢量地图 图幅裁剪 节点 线段
所谓图幅裁剪就是将地图图廓线以外的矢量数据信息舍弃.对于矢量地图的图幅裁剪在GIS或其它相关应用中非常常见.在图幅裁剪中用到的二维图形的多边形窗口裁剪技术,是计算机图形学中的一项重要技术,目前对该类算法的研究也比较多,如Cyrus和Berk提出的Cyrus—Berk算法等.但是在进行矢量地图图幅裁剪的时候,如对面数据的裁剪,此类算法通常不能适应裁剪要求,需进一步研究.本文针对矢量地图图幅裁剪的特点,重点描述了其裁剪的原理和方法,并对涉及的点和线段裁剪算法做了具体的描述,最后给出了裁剪实例.
矢量地图的图幅裁剪原理和方法
矢量地图数据是以军标格式存储的,由十八个地物要素层构成,每个要素层分别有一个坐标文件和一个属性文件.矢量数据的裁剪与普通的图形裁剪有所不同,在裁剪操作时不仅仅需要考虑到坐标信息,同时也要保留矢量地图数据的属性信息.矢量数据的坐标信息是以点,线和面的方式分类存储的,所以也可以说对矢量数据的裁剪也就是对点,线和面的裁剪.
矢量地图点的裁剪
矢量地图中的点分两种:无向点和有向点.
对于无向点来说,对它的裁剪相对来说比较容易,只要判断出该无向点的坐标是否在裁剪窗口内部即可.
对于有向点,它是由一个定位点和方向点构成.对它的裁剪,首先判断它的定位点是否在裁剪窗口之内,如果定位点不在窗口之内,则认为有向点在裁剪窗口之外;如果定位点和有向点都在窗口之内则判断在裁剪窗口之内.如定位点在裁剪窗口之内,而方向点在窗口之外,需求出线段与裁剪窗口的交点,把它作为新的方向点并存储.
矢量地图线的裁剪
对于线和裁剪窗口的相交情况总体上可分成两种,一种是线被裁剪窗口分成了一条新的线,另一种就是线被裁剪窗口截断成多条线段,如图1:
图1 线段与裁剪窗口相交位置概略图
图1中线L1被裁剪窗口裁剪成了一条新的线.对该线的裁剪只要求出线段的进入裁剪窗口的入口点P1及出裁剪窗口的出口点P2即可,然后保存P1与P2之间的节点,组成新的线并赋原线的属性值并保存.对于线L2,被裁剪成两条线或两条以上的线,对它的裁剪过程如下:
判断该线的首点是否在裁剪窗口内,如在,计算出线的出口点,保存首点与出口点之间的节点,并赋原线的属性作为新的线存储;
如当前点不在窗口内,求其入口点,如P3.如果当前线直到最后一个节点都在窗口内,则保存入口点和其后的所有节点,作为新的线并赋属性保存,此时当前线裁剪完毕;如果有节点出窗口,则求出其出口点(如P4),保存入口点(如P3)和出口点(如P4)之间的节点作为新的线并赋属性保存;
当前点为出口点的后一个节点,计算后面的节点有无入口点,如无则当前线处理完毕;如有入口点(如P5),则进入步骤2;
直到最后一个节点判断完毕,则当前线全部裁剪完成.
矢量地图面的裁剪
面裁剪的情况与线裁剪相比,不同之处是多了面域点的生成和面的强制闭合.如图2所示:
图2 矢量地图面数据的裁剪示意图
图2中,面S的边线被裁剪窗口分成多条线段,最后裁剪完毕生成的面为S',其裁剪操作步骤如下:
如果当前面S中当前处理的节点在裁剪窗口内,判断其后的所有节点是否在裁剪窗口内,如是则保存所有节点作为新的面的顶点,当前面也裁剪完毕;如否求出出口点并保存其间的节点作为新的面的顶点,转入步骤3;
如当前面的当前处理节点不在窗口内,求出后面节点的入口点,如无,则当前面全在裁剪窗口之外,退出裁剪操作;如有,求出入口点(如图2中的P1),转入步骤1;
判断前面裁剪中的出口点(如P2)之后的节点,如全在窗口外,则根据面域点与刚才保存的线段(如P1P2)的相对位置关系选择强制闭合线,如图2,如果面域点在线段P1P2的上面,则选择P1P2上半部分的裁剪窗口顶点作为强制线的顶点,反之取下半部分的顶点,此时当前面裁剪完毕;如当前节点后仍有入口点,求出入口点(如P3),转入步骤4;
如前出口点与当前入口点(如P2与P3)间不经过裁剪窗口的顶点,则保存此入口点到刚才保存的新面数据中,转入步骤1;如其间经过裁剪窗口的顶点,如P4与P5,则根据P4和P5之间的节点5,6与线段P4 P5的相对关系(位于相对上方或下方,图2中为下方)确定强制闭合线的顶点(图2中为D2),保存裁剪窗口的顶点与当前入口点作为强制闭合线保存到新的面数据中,转入步骤1;

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