專利名稱：計算機制圖中的面狀要素配置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計算機制圖技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及計算機制圖中的面狀要素配置 方法。
背景技術(shù)：
地圖注記是地圖生產(chǎn)中一個重要的環(huán)節(jié)，也是在地圖數(shù)據(jù)采集后最耗時的
一項工作。據(jù)統(tǒng)計， 一個制圖員的平均工作效率是l小時20-30個注記，地圖注 記配置的工作約占整個地圖生產(chǎn)的過程的50%甚至更多。人工制圖耗費巨大且不 精確，而自動化制圖則尚未能完全事實現(xiàn)。因為地圖注記與地理要素之間的關(guān) 系非常復(fù)雜，注記自動配置涉及模式識別、圖像處理、計算幾何等學(xué)科，是一 個復(fù)雜的過程。尤其面狀要素形態(tài)復(fù)雜、分布形式多樣，其自動配置研究的文 獻相對比較少。目前很多學(xué)者把面狀要素注記配置研究重點放在單個多邊形上， 強調(diào)單個多邊形的化簡算法或者求取骨架線算法。但實際地形圖中，存在居民 地、水系、道路及境界等復(fù)雜要素的注記配置問題。這些要素各自特點的不同， 而且不是簡單的單個多邊形注記配置問題，如多個居民地面狀要素同名問題。 現(xiàn)有技術(shù)中自動化地圖注記手段的不完備，使得本產(chǎn)業(yè)仍以手工配置或計算機 輔助人機交互配置為主，嚴(yán)重影響了地圖生產(chǎn)和出版的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種計算機制圖環(huán)境下的面狀要 素注記智能化配置的方法，克服地圖注記技術(shù)中的瓶頸問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下步驟步驟l，將地理數(shù)據(jù)輸入計算機系統(tǒng)后， 判斷地理數(shù)據(jù)中待注記要素的要素類型；步驟2，根據(jù)要素類型確定待注記要素 的注記模式類型；步驟3，根據(jù)注記模式類型的配置規(guī)則為待注記要素進行注記配置。
而且，注記模式類型包括點模式、內(nèi)部水平/垂直注記、骨架線模式、邊界 線模式和散列式模式，
點模式的注記配置規(guī)則為，在點要素的周圍確定2個以上注記候選位置并標(biāo)注 優(yōu)先級，優(yōu)先級最高的位置為初始化注記配置位置；
內(nèi)部水平/垂直注記模式的注記配置規(guī)則為，對多邊形首先進行單調(diào)化和柵格 化處理，記錄柵格化后的行列號，然后以注記矩形不斷在不同柵格編號中去探
測合適的注記位置，直到找到符合制圖要求的最佳內(nèi)部注記位置； 架線模式的注記配置規(guī)則為，求取多邊形骨架線，然后在骨架線上按一定的間
隔距離配置多邊形注記； 邊界線模式的注記配置規(guī)則為，采用多邊形三角剖分法拆分狹長多邊形為兩條
鏈，然后沿著其中的一條鏈的緩沖線進行面注記自動配置； 散列式模式的注記配置規(guī)則為，求取散列式面域注記的凸殼，在凸殼外接矩形
上按確定步長求取一系列定位點，然后求得這些點距離凸殼的最近點，根據(jù)左
上、左下、右上、右下四種注記方式確定每個注記候選位置的注記定位點，并
標(biāo)記注記候選位置的優(yōu)先級，優(yōu)先級最高的注記候選位置為初始化注記配置位置。
而且，進行點模式或散列式模式注記配置時，若產(chǎn)生注記沖突或壓蓋，尋找 下--個次優(yōu)位置進行最優(yōu)配置，再判斷是否有沖突壓蓋，如果有繼續(xù)移動到下
一次優(yōu)位置直至無沖突或壓蓋。
而且，點模式的注記配置規(guī)則為，在點要素的周圍確定8個注記候選位置， 注記候選位置的優(yōu)先級為1 8，優(yōu)先級為1的注記候選位置為初始化注記配置 位置；
而且，耍素類型包括水系要素、居民地要素和行政區(qū)劃要素， 當(dāng)要素類型為水系要素或行政區(qū)劃要素時，標(biāo)注模式類型的確定首先要計算水 系要素或行政區(qū)劃要素所對應(yīng)多邊形的面積，如果面積小過一定的閾值則按照 點模式注記，否則判斷是否能直接水平或垂直注記于多邊形內(nèi)部；若不能直接 水平或垂直注記于多邊形內(nèi)部，則判斷經(jīng)自適應(yīng)調(diào)整是否可沿多邊形骨架線注 記；如果經(jīng)自適應(yīng)調(diào)整后仍不能沿骨架線注記于多邊形內(nèi)部則按邊界線模式進 行注記；
當(dāng)要素類型為居民地要素時，標(biāo)注模式類型的確定首先要計算居民地要素對應(yīng) 多邊形的面積，如果面積小過一定的閾值則按照點模式注記，否則按照散列式 模式進行注記。
本發(fā)明提出了一種全新的面狀要素注記自動配置解決思路，創(chuàng)造性的提出 了按要素類型分模式進行配置，克服了現(xiàn)有技術(shù)中按面狀要素形狀進行處理的 偏見。本發(fā)明提高了面狀要素注記自動化注記效率，解決了多要素或者全要素 制圖環(huán)境下面狀要素智能化配置的問題，并有效解決注記與注記之間沖突、注 記與其他耍素之間的壓蓋問題，保證了地圖標(biāo)注質(zhì)量。


圖l本發(fā)明實施例的水系、行政區(qū)劃面狀要素注記配置流程圖； 圖2本發(fā)明實施例的居民地面狀要素注記配置流程圖3本發(fā)明實施例的面狀要素注記的基本模式； 圖4本發(fā)明實施例的點模式注記示意圖； 圖5本發(fā)明實施例的內(nèi)部水平/垂直注記模式； 圖6本發(fā)明實施例的一般線模式注記方法示意圖； 圖7本發(fā)明實施例的骨架線模式注記示意圖； 圖8本發(fā)明實施例的邊界線模式注記示意圖； 圖9本發(fā)明實施例的散列式注記候選位置示意圖； 圖10本發(fā)明實施例的散列式注記位置選擇方式； 圖11本發(fā)明實施例的散列式凸殼內(nèi)部最優(yōu)位置選擇示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下歩驟步驟l，將地理數(shù)據(jù)輸入計算機系統(tǒng)后， 判斷地理數(shù)據(jù)中待注記要素的要素類型；步驟2，根據(jù)要素類型確定待注記要素 的注記模式類型；步驟3，根據(jù)注記模式類型的配置規(guī)則為待注記要素進行注記 配置。在制圖規(guī)范中，面狀要素被用于表達水系、行政和居民地等，而各類型 要素各有其標(biāo)注特點，例如居民地要素的標(biāo)注不能標(biāo)在要素內(nèi)部；水系要素在
表達江河時，往往要素形狀狹長，需要考慮沿流域標(biāo)注。各類型要素的標(biāo)注也 會有共同之處，例如當(dāng)要素面積過小時，標(biāo)注不可能標(biāo)在要素內(nèi)部，此時均需 采用點要素的標(biāo)注方式。這些復(fù)雜情況在現(xiàn)有技術(shù)中尚未能夠得到妥善處理， 本發(fā)明提出按要素類型分模式進行配置，使得問題迎刃而解。
本發(fā)明還提供了進一步的技術(shù)方案，根據(jù)各種面狀要素的注記特點進行了 歸納優(yōu)化，劃分的注記模式能夠滿足所有面狀要素的需要包括點模式、內(nèi)部 水平/垂直注記、骨架線模式、邊界線模式和散列式模式。點模式適用于居民地要素、水系要素及行政區(qū)劃等，面要素的圖幅面積很小的時候采用點模式的方 法進行注記；直接水平或垂直注記模式適用于面積較大的水系及行政區(qū)劃要素， 不適應(yīng)于居民地要素，因為對于居民地要素不允許注記在要素內(nèi)部；骨架線注
記模式適于不能直接水平或垂直注記于多邊形內(nèi)部的水系及行政區(qū)劃要素，不
適應(yīng)于居民地要素；邊界線注記模式適用于水系要素中，如狹長的雙線河流， 直接注于內(nèi)部或沿骨架線注記效果不好，此類特征的面域數(shù)據(jù)最好沿河流一條 邊界，順著其流域進行注記；幾個面狀要素?fù)碛邢嗤淖⒂浢Q時，采用散列 式模式。這種模式劃分既考慮了不同類型面狀要素標(biāo)注的共性，有利于提高注 記效率；也能夠處理特殊情況，提高了智能化程度，例如幾個面狀要素?fù)碛邢?同的注記名稱，而這在現(xiàn)有技術(shù)中多邊形算法是不能解決的。
地理數(shù)據(jù)不僅包括面狀要素，還會包括線要素和點要素，因此具體實施時 可以先行判斷，然后作對應(yīng)處理，參見圖1和圖2:先對要素形狀進行判斷，點 要素則采用點模式；線要素則判斷是否點模式，是則采用點模式，否則采用線 模式；若是面要素，進行注記配置時，根據(jù)要素類型判斷注記模式類型的過程 與上述劃分相應(yīng)。當(dāng)要素類型為水系要素或行政區(qū)劃要素時，標(biāo)注模式類型的 確定首先要計算水系要素或行政區(qū)劃要素所對應(yīng)多邊形的面積，如果面積小過 一定的閾值(一個字體)則按照點模式注記，否則判斷是否能直接水平或垂直 注記于多邊形內(nèi)部；若不能直接水平或垂直注記于多邊形內(nèi)部，則判斷經(jīng)自適 應(yīng)調(diào)整是否可沿多邊形骨架線注記；如果經(jīng)自適應(yīng)調(diào)整后仍不能沿骨架線注記 于多邊形內(nèi)部則按邊界線模式進行注記；當(dāng)要素類型為居民地要素時，標(biāo)注模 式類型的確定首先要計算居民地要素對應(yīng)多邊形的面積，如果面積小過一定的 閾值則按照點模式注記，否則按照散列式模式進行注記。
參見圖3，點模式、邊界線模式、散列式模式為要素外部標(biāo)記，內(nèi)部水平/ 垂直注記模式為要素內(nèi)部標(biāo)記。考慮到要素外部的注記可能會產(chǎn)生沖突或壓蓋 (如注記與注記的沖突，注記與要素之間的壓蓋等)，本發(fā)明提供了進一步方案 點模式和散列式模式注記配置時，按規(guī)則首先確定初始化注記配置位置，若沒 產(chǎn)生注記沖突或壓蓋，初始化注記配置位置即是注記配置結(jié)果；若產(chǎn)生注記沖 突或壓蓋，尋找下一個次優(yōu)位置進行最優(yōu)配置，再判斷是否有沖突壓蓋，如果 有繼續(xù)移動到下一次優(yōu)位置直至無沖突或壓蓋。
本發(fā)明提供了實施例中各注記模式類型的配置規(guī)則詳細說明，以便具體實
施
1) 點模式
點模式一般在面要素的面積小于一個注記字體面積時采用，這一類型的面 要素的注記模式與一般的點要素注記的方法相同，如圖4所示。圖4中的小圓
圈代表符號化后的點符號，有8個候選注記位置環(huán)繞著此點符號，其優(yōu)先級與 圖中所示優(yōu)先級相同，位置l優(yōu)先級最高，隨后依次為2、 3、 4、 5、 6、 7、 8 。 位置1為初始化注記配置位置。位置9為符號中心，H表述水平方向。
2) 內(nèi)部水平或垂直直接注記模式 內(nèi)部水平,/垂直注記模式的注記配置規(guī)則為，對多邊形首先進行單調(diào)化和柵
格化處理，判斷注記矩形是否可以直接注記在多邊形內(nèi)部其基本的步驟是
(1) 對多邊形進行單調(diào)化。
(2) 多邊形外接矩形的柵格剖分。
(3) 在每一個柵格幾何中心上，按照所要注記的最小外接矩形探測每個柵 格中心點是否能將注記外接矩形(按水平或垂直方向)包含在單調(diào)化后多邊形
的內(nèi)部。如果能，沿所選方向按固定步長增加注記外接矩形的長度，直到外接 矩形與單調(diào)化后多邊形相交前停止。記錄柵格點的位置和注記矩形的長度。
(4) 在被記錄所有定位點中選擇最優(yōu)的注記位置。注記的最佳位置描述為 注記矩形幾何中心為屮心，優(yōu)先級向四周降低，在以幾何中心為圓心的圓上， 優(yōu)先級相同。
(5) 配置注記，如圖5所示矩形位置。
3) 骨架線模式
本發(fā)明實施例選擇了 Delaunay三角剖分的方法求出多邊形的骨架線，首先 對多邊形進行三角剖分，然后連接所有三角型的重心得到多邊形骨架線。實際 的骨架線往往不能直接連接成一條直線。采用二叉樹的遍歷提取骨架線中連通 的最長的一條骨架線。求取骨架線后按線注記自動配置的方法進行配置，如圖6 為一般線要素注記方法示意圖，圖7為骨架線模式注記。
沿骨架線注記時，有些注記可能不在多邊形內(nèi)部，但是根據(jù)調(diào)整注記字間的 距離(自適應(yīng)調(diào)整)實現(xiàn)注記沿骨架線注記，所以在首次沿骨架線注記后，首 先經(jīng)過自適應(yīng)調(diào)整看是否能注記多邊形內(nèi)部，如果經(jīng)調(diào)整后仍然不行，則轉(zhuǎn)向 下一步驟。
4) 邊界線模式
水系要素中，如狹長的雙線河流，可沿河流一條邊界順著其流域進行注記。 特殊的是，如果河流太長，還要按照12-15cm間隔重復(fù)進行注記。 其自動注記的基本步驟是
(1)拆分多邊形，將多邊形的邊界分為，左岸和右岸。
若對多邊形進行二角剖分得到其最長骨架線，然后按骨架線和多邊形數(shù)據(jù)的
交點拆分，如圖8所示。
(2) 然后配置注記邊界的緩沖線。
(3) 沿緩沖線按線要素注記自動配置的方法進行配置，如圖6為一般線要
素注記方法示意圖，
5)散列模式
前幾種面要素注記模式是針對單個多邊形，但是實際中，可能好幾個面狀要
素?fù)碛邢嗤淖⒂浢Q，如國家l: 5萬地形圖數(shù)據(jù)中居民地要素。這種情況下
不能對每個面狀要素都進行注記，這樣不僅增加注記的工作量，而且還影響地
圖的質(zhì)量。
散列式面狀要素注記自動配置的方法
(1) 面域的合并，即將多邊形要素中注記相同，字體，字大，字色等都相 同的面域劃歸為一個整體，對于這個整體只注記一次。地理數(shù)據(jù)中注記存在同 名可能，可根據(jù)距離關(guān)系處理，如距離過大，則分為二注記，否則，合并為同 一個注記體。
(2) 求同-注記體內(nèi)，包含的所有多邊形面域的凸殼。
(3) 在獲取的凸殼外接矩形上均勻確定一定數(shù)量的定位點，如圖9所示， 圖中圓圈代表圖形幾何中心，C表示凸殼面域，R為凸殼外接矩形。
(4) 求取16個定位點1、 2、 3…16中距離凸殼上最近的點位，在凸殼上確 定面注記的16個候選位置。此時不能直接在定位點進行注記配置，如圖10所 示，確定不同定位點注記方式，從而確定其注記點位，并按照點模式的優(yōu)先級 計算方法確定其注記優(yōu)先關(guān)系。
(5) 求取凸殼內(nèi)部最佳注記位置。
凸殼內(nèi)部注記位置可能是多個，如圖11所示，1-4代表4個內(nèi)部位置，根據(jù) Gestalt的接近性原則，位置4的注記效果更佳。接近性的程度的定量表達，作 者認(rèn)為，某種程度上注記外接矩形占凸殼的內(nèi)部面積最大，就認(rèn)為它與注記體 的接近性程度越高。但這不是判斷最優(yōu)的唯一標(biāo)準(zhǔn)，因為當(dāng)注記進入凸殼的內(nèi) 部時，優(yōu)先級就相同。因此，需要判斷注記全部進入凸殼內(nèi)部優(yōu)先級確定方法: 注記的最佳位置為注記外接矩形幾何中心與凸殼幾何中心最近的點。
獲得最佳初始注記位置方法
1) 對多邊形凸殼柵格剖分。
2) 按照每個柵格中心4種可能注記位置分別判斷，注記與注記體內(nèi)各多邊
形是否相交。如不相交，則對注記的效果評分并記錄評分結(jié)果。
評分方法是將注記的外接矩形分為NXN (N=40)柵格區(qū)域。柵格幾何中心
代表所屬的柵格區(qū)域N,」。用函數(shù)F(x)表示N2個柵格點是否位于凸殼內(nèi)。
_p 如果點Nij在凸殼內(nèi) ^ W = io 如果點Nij不在凸殼內(nèi)
評分(Score)公式為如果點N,」在凸殼內(nèi)
A/
Sc騰=Z ^;, (x) + w * d
(如果=N2，則w^，否則為w^，其中d >0) 其中d為注記外接矩形幾何中心與凸殼幾何中心的距離。如果注記評分為0， 表示注記體不能在凸殼內(nèi)部注記。
(5)找出記錄中得分最高的注記點，此點是其最佳初始注記位置。 本發(fā)明實施時可以采用計算機軟件實現(xiàn)自動化輸入地理數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)會 自動判斷要素類新，然后按照要素的注記配置流程智能化選擇最佳的注記配置 方式，完成注記的自動配置。這些過程都是通過計算機智能實現(xiàn)，必要時可以 通過人機交互方式解決。
權(quán)利要求
1.計算機制圖中的面狀要素配置方法，其特征在于包括以下步驟，步驟1，將地理數(shù)據(jù)輸入計算機系統(tǒng)后，判斷地理數(shù)據(jù)中待注記要素的要素類型；步驟2，根據(jù)要素類型確定待注記要素的注記模式類型；步驟3，根據(jù)注記模式類型的配置規(guī)則為待注記要素進行注記配置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的面狀要素配置方法，其特征在于注記模式類型包 括點模式、內(nèi)部水平/垂直注記模式、骨架線模式、邊界線模式和散列式模式，點模式的注記配置規(guī)則為，在點要素的周圍確定2個以上注記候選位置并標(biāo)注 優(yōu)先級，優(yōu)先級最高的位置為初始化注記配置位置；內(nèi)部水平/垂直注記模式的注記配置規(guī)則為，對多邊形首先進行單調(diào)化和柵格 化處理，記錄柵格化后的行列號，然后以注記矩形不斷在不同柵格編號中去探 測合適的注記位置，直到找到符合制圖要求的最佳內(nèi)部注記位置；架線模式的注記配置規(guī)則為，求取多邊形骨架線，然后在骨架線上按一定的間 隔距離配置多邊形注記；邊界線模式的注記配置規(guī)則為，采用多邊形三角剖分法拆分狹長多邊形為兩條 鏈，然后沿著其中的一條鏈的緩沖線進行面注記自動配置；散列式模式的注記配置規(guī)則為，求取散列式面域注記的凸殼，在凸殼外接矩形 上按確定步長求取一系列定位點，然后求得這些點距離凸殼的最近點，根據(jù)左 上、左下、右上、右下四種注記方式確定每個注記候選位置的注記定位點，并 標(biāo)記注記候選位置的優(yōu)先級，優(yōu)先級最高的注記候選位置為初始化注記配置位 置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的面狀要素配置方法，其特征在于進行點模式或散 列式模式注記配置時，若產(chǎn)生注記沖突或壓蓋，尋找F—個次優(yōu)位置進行最優(yōu) 配置，再判斷是否有沖突壓蓋，如果有繼續(xù)移動到下一次優(yōu)位置直至無沖突或壓蓋。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的面狀要素配置方法，其特征在于點模式的注記配置規(guī)則為，在點要素的周圍確定8個注記候選位置，注記候選位置的優(yōu)先級為1 8，優(yōu)先級為1的注記候選位置為初始化注記配置位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的面狀要素配置方法，其特征在于要素類 型包括水系要素、居民地要素和行政區(qū)劃要素，當(dāng)耍素類型為水系要素或行政區(qū)劃要素時，標(biāo)注模式類型的確定首先要計算水 系要素或行政區(qū)劃要素所對應(yīng)多邊形的面積，如果面積小過一定的閾值則按照 點模式注記，否則判斷是否能直接水平或垂直注記于多邊形內(nèi)部；若不能直接 水平或垂直注記于多邊形內(nèi)部，則判斷經(jīng)自適應(yīng)調(diào)整是否可沿多邊形骨架線注 記；如果經(jīng)自適應(yīng)調(diào)整后仍不能沿骨架線注記于多邊形內(nèi)部則按邊界線模式進 行注記；當(dāng)要素類型為居民地要素時，標(biāo)注模式類型的確定首先要計算居民地要素對應(yīng) 多邊形的面積，如果面積小過一定的閾值則按照點模式注記，否則按照散列式 模式進行注記。
全文摘要
本發(fā)明屬于計算機制圖技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及計算機制圖中的面狀要素配置方法，包括以下步驟步驟1，將地理數(shù)據(jù)輸入計算機系統(tǒng)后，判斷地理數(shù)據(jù)中待注記要素的要素類型；步驟2，根據(jù)要素類型確定待注記要素的注記模式類型；步驟3，根據(jù)注記模式類型的配置規(guī)則為待注記要素進行注記配置。該方法依據(jù)水系、居民地等要素的本質(zhì)特征及配置規(guī)則要求，將面要素注記配置分為五種基本的模式；根據(jù)各模式的幾何特征給出了不同模式的注記自動配置算法；解決了在全要素地形圖中不同注記模式避免注記的沖突或壓蓋的方法。本發(fā)明提高了面狀要素注記自動化注記效率，提高地圖注記質(zhì)量。
文檔編號G06T11/60GK101183461SQ200710168359
公開日2008年5月21日 申請日期2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者申 應(yīng), 張曉通, 朱海紅, 霖 李, 紅 王, 舒亞東 申請人:武漢大學(xué)