(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810735163.2
(22)申请日 2018.07.06
(71)申请人 航天星图科技（北京）有限公司
地址 101399 北京市顺义区临空经济核心
区机场东路2号(产业园1A-4号1、5、7
层)
(72)发明人 吴方才 齐红超 巩志远 李博
(51)Int.Cl.
G06T 17/05(2011.01)
G06T 19/00(2011.01)
(54)发明名称一种三维场景下的军标标绘方法(57)摘要本发明公开了一种三维场景下的军标标绘方法，包括三维点军标符号标绘方法和三维函数军标符号标绘方法；三维点军标符号标绘方法包括以下步骤：步骤S11、二维军标符号的浮雕处理；步骤S12、图像的边缘检测；步骤S13、符号的绘制；三维函数军标符号标绘方法包括以下步骤：步骤S21、算法分析；步骤S22、可变步长区间平均法确定插值点；步骤S23、参数插值步长l的确定；步骤S24、添加高程。本发明基于实体模型和公告板组合技术实时构建三维点军标符号，将二维符号高度抽象化与三维符号的形象化结合，给作战指挥人员无限的想象空间；同时不定长区间平分的三角剖分算法，既保证了节点减少影响曲线的美观， 又不影响绘制效率。权利要求书2页 说明书5页CN 109087391 A 2018.12.25
C N 109087391
A
1.一种三维场景下的军标标绘方法，其特征在于：包括三维点军标符号标绘方法和三维函数军标符号标绘方法；
所述三维点军标符号标绘方法包括以下步骤：
步骤S11、二维军标符号的浮雕处理：使用斜面与浮雕算法将二维军标图片处理生成具有三维军标效果的图像；
步骤S12、图像的边缘检测：取图像左上角象素为背景，颜值处于背景或军标或军标内部不同颜部分的分界处的象素即为边界点；
步骤S13、符号的绘制：首先绘制三维模型，其次计算模型与二维军标符号结合处的精确位置，利用公告牌技术绘制二维军标符号，实时计算二维军标符号的位置，确保二维军标符号与三维模型的无缝结合；
所述三维函数军标符号标绘方法包括以下步骤：
步骤S21、算法分析：在进行三角剖分之前，首先分析箭标光滑曲线边与三角网连线点的关系，箭标左右光滑边经过三角剖分后，保证两边所得到的三角网点个数相等；军标中的光滑曲线用剖分后的三角网点相连的多折线逼近进行转换；
步骤S22、可变步长区间平均法确定插值点：根据光滑Bezier曲线边的控制点进行区间分段，对每段使用不同的插值步长应用区间平均法提取对应该段区间曲线段上的三角网点；
步骤S23、参数插值步长l的确定：按屏幕坐标横向范围和地理坐标横向范围的比例进行计算，对应求得在三维场景中剖分计算所需的插值步长，保证算法与屏幕坐标和地理坐标的一致性；
步骤S24、添加高程：在第三个坐标维度确定三维军标的高度以及生成三维箭标的各个侧面，使之成为三维实体。
2.根据权利要求1所述的三维场景下的军标标绘方法，其特征在于：所述三维点军标符号标绘方法步骤S11中浮雕算法的步骤为：遍历二维军标的边界，对任何一个边界点，计算其内法矢量，将其得到的法矢量方向与虚拟光源的光线矢量方向进行比较，以现实世界中物体对光源的亮度反应为依据，对边界点以及沿内法矢量方向给定数目的象素点赋以适当的亮度。
3.根据权利要求1所述的三维场景下的军标标绘方法，其特征在于：所述三维函数军标符号标绘方法步骤S22中按照Bezier曲线边控制点的数目分以下三种情况：
(1)三个控制点的情况：此时分三段区间，将特征三角形的顶角夹围的曲率最大的曲线段按照预设的插值步长应用区间平均法提取三角网点，同时曲率最大的曲线段对应的区间将整个曲线区间分为三段，另外两段区间采用相同的比预设步长稍大的插值步长应用区间平均法提取各自曲线段上的三角网点；
(2)四个控制点的情况：对中间两个控制点处变化的两段曲率最大的曲线段采用预设插值步长应用区间平均法提取各自的三角网点，对因此产生的另外三个区间采用相同的比预设步长稍大的提取对应的三角网点：
(3)四个以上控制点的情况：根据Bezier曲线边的方向，从起始点开始对每三个控制点形成的曲率最大的曲线段采用不同的与预设步长差不大的步长提取该段曲线的三角网点，插值步长的大小根据三个控制点依次相连组成的夹角的大小确定，夹角越大插值步长越
大，反之越小；对于因此得到的其他区间的插值步长采用略大于与之最近的曲率最大曲线段对应区间插值步长的值。
4.根据权利要求1所述的三维场景下的军标标绘方法，其特征在于：所述三维函数军标符号标绘方法步骤S24中添加高程具体包括以下两个步骤：
a、高程的确定以及高程维度方向上顶面的生成：将底面箭标用来构成三角面的所有点坐标：x坐标、y坐标增加z坐标，且这个z坐标的值为三维军标的高程，然后采用和构建底面坐标相同的方式生成三维军标的顶面；
b、三维箭标各侧面的生成：对于上下箭头所形成的侧面，填充上下对应折线段组成的矩形来生成上下箭头所形成的各个侧面；对于上下光滑曲线边形成的侧面，用上下对应三角网点连成的折线段组成的一系列矩形来生成，或者用光滑曲线边为准线，竖直直线为母线的Bezier曲面来生成，最后将箭标的尾部端开口处上下线段组成的矩形封闭组成三维实体箭标。
一种三维场景下的军标标绘方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种军标标绘方法，尤其涉及一种三维场景下的军标标绘方法。
背景技术
[0002]军队标号是表现部队作战指挥、作战模拟和其他军事相关活动中一种常用的图形符号，根据敌我双方有关军事情况将这些符号和文字标记在电子地图中，形成表示敌我双方的作战态势、战斗队形、首长决心、部队武器装备等一系列与军事活动相关的状态图。现代战场环境构建已经由二维平面地图转为
三维虚拟化战场，因此构建一套三维军标符号成为当务之急。
[0003]三维军标标绘对于构建三维数字化战场至关重要，三维军标的生成和绘制方法多种多样，没有统一的标准，按照构建方式的不同分为点军标符号和函数军标符号。[0004]目前针对点军标符号的三维军标标绘方法研究，主要有以下两种：一)JimDurbin 等人在对美军的战场可视化系统－龙系统的论述中，详细介绍了美军三维军标的标绘方法，该方法采用实体模型和各表面都贴有二维军标纹理的象征立方体相结合来表示三维军标，并用不同的彩、纹理以及旗帜或者不同的实体模型来区分友军、敌军等不同性质单位。这种方法虽然战术意义明确，可视性好，实现也较为简单，但由于需绘制三维象征立方体模型，再加之军标的数量繁多，需占用大量的内存空间，耗费时间长，实时性差；二)Dan Hagens等人提出了另外一种军标标绘形式，就是用公告板技术直接在场景中显示二维军标图像。这种方法标绘速度快，占用内存空间少，实时性好，但是这种形式的军标真实感、立体感不强，战术意义不够明确，可视性差。
[0005]而函数军标符号尤其需要解决面状军标的填充问题、军标符号与地形匹配的问题。所谓面状军标符号，最典型的当属地域类军标和箭头类军标，目前主要基于三角剖分算法来实现。
发明内容
[0006]为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种三维场景下的军标标绘方法。
[0007]为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种三维场景下的军标标绘方法，包括三维点军标符号标绘方法和三维函数军标符号标绘方法；
[0008]三维点军标符号标绘方法包括以下步骤：
[0009]步骤S11、二维军标符号的浮雕处理：使用斜面与浮雕算法将二维军标图片处理生成具有三维军标效果的图像；
[0010]步骤S12、图像的边缘检测：取图像左上角象素为背景，颜值处于背景或军标或军标内部不同颜部分的分界处的象素即为边界点；
[0011]步骤S13、符号的绘制：首先绘制三维模型，其次计算模型与二维军标符号结合处的精确位置，利用公告牌技术绘制二维军标符号，实时计算二维军标符号的位置，确保二维
军标符号与三维模型的无缝结合；
[0012]三维函数军标符号标绘方法包括以下步骤：
[0013]步骤S21、算法分析：在进行三角剖分之前，首先分析箭标光滑曲线边与三角网连线点的关系，箭标左右光滑边经过三角剖分后，保证两边所得到的三角网点个数相等；军标中的光滑曲线用剖分后的三角网点相连的多折线逼近进行转换；
[0014]步骤S22、可变步长区间平均法确定插值点：根据光滑Bezier曲线边的控制点进行区间分段，对每段使用不同的插值步长应用区间平均法提取对应该段区间曲线段上的三角网点；
[0015]步骤S23、参数插值步长l的确定：按屏幕坐标横向范围和地理坐标横向范围的比例进行计算，对应求得在三维场景中剖分计算所需的插值步长，保证算法与屏幕坐标和地理坐标的一致性；
[0016]步骤S24、添加高程：在第三个坐标维度确定三维军标的高度以及生成三维箭标的各个侧面，使之成为三维实体。
[0017]三维点军标符号标绘方法步骤S11中浮雕算法的步骤为：遍历二维军标的边界，对任何一个边界点，计算其内法矢量，将其得到的法矢量方向与虚拟光源的光线矢量方向进行比较，以现实世界中物体对光源的亮度反应为依据，对边界点以及沿内法矢量方向给定数目的象素点赋以适当的亮度。
[0018]三维函数军标符号标绘方法步骤S22中按照Bezier曲线边控制点的数目分以下三种情况：
[0019](1)三个控制点的情况：此时分三段区间，将特征三角形的顶角夹围的曲率最大的曲线段按照预设的插值步长应用区间平均法提取三角网点，同时曲率最大的曲线段对应的区间将整个曲线区间分为三段，另外两段区间采用相同的比预设步长稍大的插值步长应用区间平均法提取各自曲线段上的三角网点；
[0020](2)四个控制点的情况：对中间两个控制点处变化的两段曲率最大的曲线段采用预设插值步长应用区间平均法提取各自的三角网点，对因此产生的另外三个区间采用相同的比预设步长稍大的提取对应的三角网点：
[0021](3)四个以上控制点的情况：根据Bezier曲线边的方向，从起始点开始对每三个控制点形成的曲率最大的曲线段采用不同的与预设步长差不大的步长提取该段曲线的三角网点，插值步长的大小根据三个控制点依次相连组成的夹角的大小确定，夹角越大插值步长越大，反之越小；对于因此得到的其他区间的插值步长采用略大于与之最近的曲率最大曲线段对应区间插值步长的值。
[0022]三维函数军标符号标绘方法步骤S24中添加高程具体包括以下两个步骤：[0023]a、高程的确定以及高程维度方向上顶面的生成：将底面箭标用来构成三角面的所有点坐标：x坐标、y坐标增加z坐标，且这个z坐标的值为三维军标的高程，然后采用和构建底面坐标相同的方式生成三维军标的顶面；
[0024]b、三维箭标各侧面的生成：对于上下箭头所形成的侧面，填充上下对应折线段组成的矩形来生成上下箭头所形成的各个侧面；对于上下光滑曲线边形成的侧面，用上下对应三角网点连成的折线段组成的一系列矩形来生成，或者用光滑曲线边为准线，竖直直线为母线的Bezier曲面来生成，最后将箭标的尾部端开口处上下线段组成的矩形封闭组成三
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