利用力场模拟实现具有地形感知功能的建筑物和道路的3D栅格位移

《Journal of Geovisualization and Spatial Analysis》：Terrain-aware 3D Raster Displacement of Buildings and Roads Using Force Field Simulation

三维栅格建筑位移方法基于力场模拟与数字高程模型解决地图要素近邻冲突，通过超像素分割和图像矩分析生成自适应位移场，实验表明其空间合理性和视觉效果优于传统矢量方法。

　　

摘要

在地图缩放或符号化过程中，间距过小的地图要素可能会发生重叠，这种现象被称为“邻近冲突”。在地图概括（cartographic generalization）中，通常采用位移操作来解决这类冲突。随着对三维（3D）数据需求的增加，传统的基于矢量的位移方法仅能处理二维（2D）数据中的冲突。为克服这些限制，本文提出了一种基于三维栅格（3D raster）的建筑位移方法，并结合力场模拟（force field simulation，简称RBDF），以在真实环境中解决邻近冲突。该方法首先通过超像素分割（superpixel segmentation）将建筑物周围的空间划分为多个像素组，然后利用图像矩（image moments）确定每个像素组的主轴方向和长度，进而计算出作用在建筑物上的空间力向量。数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）提供地形约束信息。这些向量共同作用，形成一个用于自适应位移的模拟力场。实验结果表明，RBDF方法有效缓解了邻近冲突，并在空间合理性和视觉效果方面优于ArcGIS Pro和MIQP等传统方法。此外，基于DEM的三维可视化进一步展示了该模型能够生成具有地形连贯性和视觉真实感的位移结果。

在地图缩放或符号化过程中，间距过小的地图要素可能会发生重叠，这种现象被称为“邻近冲突”。在地图概括中，通常采用位移操作来解决这类冲突。随着对三维（3D）数据需求的增加，传统的基于矢量的位移方法仅能处理二维（2D）数据中的冲突。为克服这些限制，本文提出了一种基于三维栅格（3D raster）的建筑位移方法，并结合力场模拟（RBDF），以在真实环境中解决邻近冲突。该方法首先通过超像素分割将建筑物周围的空间划分为多个像素组，然后利用图像矩确定每个像素组的主轴方向和长度，进而计算出作用在建筑物上的空间力向量。数字高程模型（DEM）提供地形约束信息。这些向量共同作用，形成一个用于自适应位移的模拟力场。实验结果表明，RBDF方法有效缓解了邻近冲突，并在空间合理性和视觉效果方面优于ArcGIS Pro和MIQP等传统方法。此外，基于DEM的三维可视化进一步展示了该模型能够生成具有地形连贯性和视觉真实感的位移结果。