【摘要】：本文的研究主題是應用多源空間數(shù)據(jù)快速構(gòu)建專題地理場景。隨著新型測繪技術和互聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展,傳統(tǒng)的空間信息處理方法已經(jīng)無法滿足海量的時空大數(shù)據(jù)存儲、計算、分析等需求,特別是在人流、物流、信息流都大量集中的區(qū)域,時空大數(shù)據(jù)的應用更是重重困難;在WebGL標準提出后,大量基于Web的三維GIS應用涌現(xiàn)出來,用戶對三維WebGIS的關注重點逐漸從地圖圖層的順序疊加轉(zhuǎn)移到具體三維場景的構(gòu)建和應用上來。然而現(xiàn)有空間數(shù)據(jù)表達方法主要側(cè)重于某一種或某幾種空間數(shù)據(jù)的視覺展示,缺乏對多模式、多設備的有效支持,而多源異構(gòu)數(shù)據(jù)之間的割裂也使其難以支撐地理分析,多尺度數(shù)據(jù)之間的鏈接也缺乏設置依據(jù)。以往以要素分層的方式來表達空間數(shù)據(jù)的方法缺乏對實時動態(tài)目標與三維靜態(tài)地理場景的融合,無法使人有效地參與到現(xiàn)實世界的抽象構(gòu)造以及全方位觀察地理現(xiàn)象及其演化的過程中,忽略了作為認知主體的人日常觀察世界的視角。為解決以上問題,急需新的數(shù)據(jù)管理、處理和可視化模式將時空大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為人們所需的信息和知識。地理場景作為地理信息的載體,包含了特定區(qū)域內(nèi)空間實體及其空間分布,是以描述自然要素與人文要素為主要對象的場景。本文借助地理場景這一概念,在總結(jié)分析了現(xiàn)有的多源異構(gòu)多尺度空間數(shù)據(jù)組織方式和三維空間數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式的基礎上,提出了一種基于WebGL的交互式三維地理場景構(gòu)建方法。該方法是在復合金字塔的基礎上,由用戶根據(jù)實際的場景應用確定多源場景數(shù)據(jù)的尺度范圍,通過建立必要的場景構(gòu)建規(guī)則并提供豐富靈活的交互功能,通過圖形函數(shù)庫傳輸格式實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)渲染層的融合和尺度間的無縫鏈接,最后實現(xiàn)將多尺度數(shù)據(jù)統(tǒng)一在各個專題三維場景下,服務地理國情監(jiān)測、應急處置、大規(guī)模地理信息應用、虛擬現(xiàn)實等領域。為實現(xiàn)這一技術方法,本文著力做了以下幾方面的工作:1)研究場景數(shù)據(jù)的內(nèi)容和分類以及已有的多源空間數(shù)據(jù)組織理論,深入探討由多源、異構(gòu)數(shù)據(jù)組建場景的技術方法,為場景構(gòu)建規(guī)則的制定打下理論基礎。深入剖析WebGL的數(shù)學基礎和渲染原理以及glTF這一面向網(wǎng)絡傳輸與GPU渲染的數(shù)據(jù)規(guī)范,明確其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與渲染原理,為地理場景向計算機屏幕的映射和場景數(shù)據(jù)的同構(gòu)化奠定技術基礎。2)設計了一種針對地理場景構(gòu)建的開放式場景數(shù)據(jù)組織模型,以非連續(xù)的LOD結(jié)構(gòu)為核心,基于glTF格式為多種空間數(shù)據(jù)設計了數(shù)據(jù)同構(gòu)技術方法,為專題場景的表達提供靈活高效的數(shù)據(jù)支持。3)設計針對瀏覽器端的三維地理場景表達模型,以復合金字塔模型為基礎配合人對場景的具體需求制定針對多尺度空間數(shù)據(jù)的場景構(gòu)建規(guī)則,為人參與場景構(gòu)建和人與場景間的交互設計了靈活的場景編輯向?qū)АＴ趫鼍氨磉_模型的基礎上探討在線場景服務的實現(xiàn)模式以及三維地理場景的深層次應用。4)在三維地理場景數(shù)據(jù)組織模型與表達模型的研究成果基礎之上,設計并實現(xiàn)了地理場景構(gòu)建平臺,并在實際的項目中服務場站、校區(qū)場景的多尺度表達,建筑群落的部件化查詢與結(jié)構(gòu)分解以及圖書館、體育館等室內(nèi)場景的監(jiān)測與管理。本文對于交互式場景構(gòu)建方法的研究結(jié)合相關實驗,說明了交互式的三維地理場景能夠輕量化地實現(xiàn)多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)的聯(lián)合應用,該構(gòu)建方法體現(xiàn)了良好的交互性,既合理地組織起了若干種空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)又兼顧了個性化的場景應用,還靈活地支持對業(yè)務數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)的擴展,為實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的深度應用提供了服務。
【學位授予單位】：北京建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P208
【圖文】：

在城市模型的層次劃分、模型簡化的標準、幾何模型的自動簡化和紋理模型的縮上。大量的研究者選擇避開自動簡化，在模型成產(chǎn)時即構(gòu)建模型的多級離散層次節(jié)模型，或使用包圍盒、白模型、粗糙紋理等實現(xiàn)類 LOD 的效果。這一系列究基本實現(xiàn)了各自設計上的效率，但也帶來了不同程度的模型效果不佳、模型度降低的問題，并且伴隨著工作量的增大和算法復雜度的增加。1.3 場景數(shù)據(jù)存儲與調(diào)度針對瀏覽器端的三維 WebGIS 系統(tǒng)，用戶在瀏覽三維場景時直觀所見是一完整場景圖（如圖 2-1 所示為單一數(shù)據(jù)源的施工場景表達），包括大氣、地形、像、模型等。在交互進行的過程中，場景數(shù)據(jù)的組織也在不斷變化，所需要的據(jù)也在改變。受限于網(wǎng)絡條件和用戶計算資源的限制和多源數(shù)據(jù)本身的結(jié)構(gòu)特，多場景、海量的異構(gòu)空間數(shù)據(jù)不能在客戶端中全部展示，所以在應用過程中要采用科學的數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)調(diào)度策略。

頂點緩存（VBO）的過程封裝為頂點緩存類，把所涉及的參調(diào)用函數(shù)的返回值，作為屬性保存在該類中。于是，一個過程成了一個對象，既可以重用，也方便內(nèi)部細節(jié)的管理。象（Texture）也是 WebGL 中重要的概念，紋理對象支持紋理模版，以及浮點紋理等擴展性的用法，保證了 WebGL 應用可版等操作，滿足一些復雜情況下的需求。程L1.0 對應的是 OpenGL ES2.0，也就是可編程渲染管線。我們介紋理對象兩個比較核心的 WebGL 概念。Shader 模塊負責加exture），執(zhí)行渲染任務。

圖 3-2 場景數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖Fig. 3-2 Scenario data structure diagram3.2 面向渲染層的數(shù)據(jù)同構(gòu)面向結(jié)構(gòu)復雜的三維模型數(shù)據(jù)，其結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)格式復雜，本文不涉及對他們數(shù)據(jù)體上的融合或拼接行為，而是在數(shù)據(jù)應用的最后端，也就是數(shù)據(jù)渲染的時候?qū)误w的模型或瓦片統(tǒng)一成一種兼顧網(wǎng)絡傳輸和 WebGL 渲染的數(shù)據(jù)格式——glTF。3.2.1 glTF 簡介glTF 是由 Khronos Group 設計的一種數(shù)據(jù)標準，全稱是圖形函數(shù)庫傳輸格式（Graphics Library Transmission Format），是一種針對 GL(OpenGL、OpenGL ES、WebGL)運行時的 3D 內(nèi)容格式標準[39]。glTF 為 3D 內(nèi)容制作工具和服務定義了一種可擴展的、通用的發(fā)布格式，簡化了模型的制作流程并且支持跨行業(yè)互操作。目前主流的三維模型數(shù)據(jù)格式是針對數(shù)據(jù)生產(chǎn)設計的，在傳輸和內(nèi)容解析上

【參考文獻】

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本文編號：2744929