基於GPU加速的三維空間分析【轉】

基於GPU加速的三維空間分析

標籤：supermap地理信息系統gisit

文：李凱

隨着三維GIS 的快速發展和應用普及，三維空間分析技術以其應用中的實用性成爲當前GIS技術研究的熱點領域。面對日益龐大的三維數據處理現狀，爲知足GIS各行業對專業化三維空間分析的實用性需求，SuperMap GIS 7C(2015)提供了豐富且實用的基於GPU圖形硬件加速的三維空間分析功能，作到「即時分析、即時完成」的超強性能，具體包括通視分析、可視域分析、動態可視域分析、陰影率統計分析、天際線分析、剖面線分析、等高線圖分析、坡度坡向分析等。這些分析功能極大的提升了三維GIS的實用性，使得其在三維場景中不只展現了絢麗的可視化效果並且提供了極具實用性的操做體驗，推進了三維GIS在行業應用中的快速發展。

 

三維空間分析技術

1、通視分析 

通視分析是指以某一點爲觀察點，其他點爲目標點，分析觀察點到目標點是否被障礙物阻擋的分析能力。通視分析功能如圖1所示，可判斷兩點之間的通視性，利用不一樣顏色顯示策略來分析觀察點到目標點是否被障礙物阻擋，並在障礙物處獲取障礙點，使得用戶的分析更加方便直觀

通視分析可普遍應用於旅遊風景評價，建築物視線遮擋判斷，監控覆蓋率、通信信號覆蓋、軍事設施佈設、軍事火力覆蓋等多方面。

 

  通視分析 

2、可視域分析/動態可視域分析 

可視域分析是對於給定的一個觀察點，基於必定的相對高度，查找給定的範圍內觀察點是否在可見覆蓋的區域，以及給定點的可見區域範圍。可視域分析功能如圖2所示，可指定一個觀察點，查看此觀察點範圍內的可視效果；也可指定一條路徑，查看此路徑的實時動態可視效果。

可視域在觀光瀏覽道路選擇、森林防火、瞭望塔布設、航海導航、航空以及軍事方面有重要的應用價值。

 

 

可視域分析/動態可視域分析

3、陰影率統計分析（日照分析）

陰 影率統計分析是指在特定時間段內統計指定物體被陰影覆蓋的時長所佔比例。陰影率統計分析功能如圖3所示，可在三維場景中指定某個區域，根據設置間隔自動插 入離散點並計算每一個點在指定時間段的陰影率，經過分層設色策略顯示與分析該區域內的陰影率現象，並支持單點陰影率的查詢。

陰影率統計分析可普遍應用在城市規劃、建築物設計、景觀分析等方面。好比規劃中的建築是否嚴重影響周邊建築的光照，影響的區域有多大，如何調整建築的高度，纔不會影響周邊建築的採光。

 

 

 

 

 

陰影率分析

4、天際線分析

天際線，又稱城市輪廓或全景，是由各類地形地貌和標誌性地物等構成的以天空爲背景的輪廓線。城市天際線好久以來就是城市設計中的一個重要因素。隨着高層建築出現，高層建築和超高層建築已經成爲了影響城市天際線的決定性因素。天際線繪製與分析功能，如圖4所示，從任意視角快速繪製天際線，根據天際線輪廓對規劃建築的位置和高度進行調整，使城市規劃工做省時省力。在濱水城市，因爲自水面觀察城市的視野較爲開闊，沿河（湖）岸、海岸的城市濱水天際線尤其醒目，天際 線分析對錶達和識別城市特點起到了重要的做用。

 

 

 

  天際線分析

天際線分析

5、剖面線分析

剖 面表示表面高程沿某條線（截面）的變化，傳統的剖面分析是研究某個截面的地形剖面，包括研究區域的地勢、地質和水文特徵以及地貌形態、輪廓形狀等。剖面線分析功能能夠針對三維場景中的任意物體（包括建築物、地下管道等）， 如圖5所示，在任意方向上畫出一條切線，自動生成剖面線圖，而且支持在剖面線圖上進 行量算、位置查詢等功能。

剖面線分析普遍應用於變形監測、土地利用規劃、工程選線、設施選址、管道佈設、煤礦開採等方面。

剖面線分析

 

6、等高線圖分析

等 高線指的是地形圖上高程相等的相鄰各點所連成的閉合曲線，在水系水文特徵、氣候特徵、地形概況與區位選址等方面有重要的應用價值。等高線分析功能如圖6所 示，用戶可在地形上任意指定某一範圍，自動獲取並經過分層設色策略實時繪製此範圍內的等高線。用戶可根據顯示需求，自定義設置等高線的密度、顏色、填充等屬性。

等高線分析

7、坡度坡向分析

坡度和坡向是兩個重要的地形特徵因子，在地形表面分析中起到重要做用。其中，坡度表示地球面某一位置的高度變化率的量度；而坡度變化的方向稱爲坡向，表示地表面某一位置斜坡方向變化的量度。坡度坡向分析在土地利用、植被分析、環境評價、景觀分析等領域有重要的應用價值。

坡度坡向分析功能如圖7所示，用戶可在地形上任意指定某一範圍，自動獲取並經過分層設色策略繪製坡度坡向圖，生成坡度坡向指示箭頭，使用戶根據顏色和箭頭指向直觀的查看地形的起伏方向和起伏大小。還可支持單點的坡度坡向數值查詢等功能。

隨 着可編程圖形硬件性能的不斷提升，以及高級硬件繪製語言的完善和算法的成熟，GPU加速將在三維GIS領域發揮愈來愈重要的做用。 SuperMap GIS 7C(2015)提供了基於GPU圖形硬件加速的通視分析、可視域分析、陰影率統計分析等三維分析功能，具有快速實時顯示、不依賴數據來源、所見便可得、可直接移植到移動端和客戶端等優點。在普通硬件配置的PC上，經過利用GPU的運算能力和可編程能力，保證了三維分析結果實時 的繪製速度和顯示。

坡度坡向分析