基于制图规范表达的制图渲染引擎研究

Rapidly making maps from constantly updated geographic databases by means of professional cartographic specifications has been challenging web services of geographic information due to a proliferation of geographic information. Cartographic rendering engine is proposed as an available solution to that problem. Aiming at exploring the principles of cartographic rendering engine, this study will investigate information structure, transfer mechanism of geographic information and cartographic representation by stressing on digital cartographic modeling on which the rendering engine lies. Semantic information of the algebraic cartographic model will be investigated; cartographic specifications and the features of visual perception will be examined in terms of formalization or computation; the displacement transform u() of geographic features and the equivalent-kernel transformation v() of cartographic symbols are analyzed regarding to their functions within the model to implement cartographic specifications; and consequently cartographic portrayal (representation) model is set up in the sense of semantic geographic information. Finally, fundamental geographic data being taken as the benchmark for validating the theory and methodology, a cartographic rendering engine is developed for rendering maps in the form of professional cartographic specifications so as to provide rapidly map-making services on the internet with a solid theoretical base and technical guidelines for development of the rendering engines.

由于地理信息爆炸式增长，将不断更新的地理信息转化成符合专业性制图规范的地图的快速制图技术成为网络地图服务发展的瓶颈，地图渲染引擎是解决这一瓶颈的有效手段，因此，本课题将以研究制图渲染引擎原理为目标，以研究其依赖的数字制图模型为重点，对其信息结构、转换机理和制图表达的理论和技术展开研究。具体研究内容包括，进一步研究代数结构地图制图模型（c= f(u(*), v(*))）的信息（语义）结构；研究基于视觉原理的制图规范特征及其形式化技术；探讨此模型中地理要素位移变换u(*)和制图符号同核变换v(*)的特征及其在实施制图规范性原则的函数构造作用；构建基于地理信息语义的地图表达模型；最后以基础地理数据为应用对象，开发具有专业性制图规范表达的制图渲染引擎技术，为实现专业化和规范化快速制图技术服务奠定理论基础并提供技术开发参考。

地理信息海量的增长以及网络地图服务的社会化需求，对地图制图及其生产的效率和地图表达的质量提出了更高的要求,但由于地图制图过程中，数字地理景观模型与数字制图模型总存在一定的偏差,这种模型差特别表现在当提高地图呈现效果时，其制图效率往往降低。因此,将地理信息转化成符合专业性制图规范地图的快速制图技术成为地图制图及地图服务领域发展的技术瓶颈。项目从地理信息转换与地图视觉呈现的基本原理出发，提出了开发地图渲染引擎作为解决这一瓶颈问题的有效手段。项目以研究制图渲染引擎原理为目标，重点研究了支撑地图渲染引擎的数字制图模型和影响地图制图效率的图面图形冲突处理和注记位置自适应两大过程的技术方法。通过对地理信息结构、转换机理和制图表达的理论和技术的研究，厘清从地理要素空间与地图要素空间之间的关系,提出了基于要素空间转化理论原理的快速制图方法。在要素转换的数字制图模型中，探讨了基于视觉特征的符号化图形的等价关系及其转换技术；针对目前制图过程需要大量人工交互的符号化图形图面冲突，开发了基于制图规范原则和几何计算的图形协调方法，并设计实现了系列处理两类图形冲突(图形重叠和图形衔接)的技术，有效地减少了人工处理图形冲突的工作量；针对自动地图注记中数量最多的点状注记以及最复杂的面状注记的位置优化问题，在分析现有注记位置优化算法的基础上，提出了基于滑动区域的点状注记位置自动配置方法，开发出面向不同要求的注记位置自动配置算法；还面向网络地图服务，探讨了能克服瓦片接边处符号图形冲突的矢量地图瓦片数据模型。基于这些理论方法和技术，开发地图制图渲染引起原型，利用多种地图数据进行了实验，实验表明项目开发出的快速制图技术可以将现有制图效率提高50%以上，验证了制图渲染引擎理论原理和关键技术的有效性。发表学术SCI和EI论文8篇、获得发明专利授权4项，软件著作登记5项，成果获得省部级科研项目二等奖2项。