[發明專利]網絡環境下超大規模空間數據的三維可視化方法

無效

• 申請號: 200710119077.0
• 申請日: 2007-06-19
• 公開（公告）號: CN101082934A
• 公開（公告）日: 2007-12-05
• 發明（設計）人: 張立強
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: G06F17/30
• 分類號: G06F17/30;H04L29/06
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1、一種網絡環境下超大規模空間數據的三維可視化方法，其特征在于：其方法步驟如下：

(1)分布式異構環境中空間數據的獲取模型：

提出以下兩種模型實現分布式異構環境中空間數據的快速獲取：

數據配置模型：針對分布式環境的特點，提出數據配置模型，數據配置模型：該模型包含數據的類型、大小、所在的位置、所在計算機上的操作系統類型、空間范圍等信息，它用來管理放在每臺服務器上的待可視化的多源空間數據；在系統啟動時，數據配置模型通知客戶端的管理器空間數據分布的具體位置；

數據轉換模型：通過建立三維標識數據模型3DGML，以此解決多源空間數據格式不一致性問題；該3DGML在傳統地理標識語言基礎上增加了第三維描述信息，即高程；并且還帶有一個時間變量以描述隨時間變化的地理信息；本發明的空間數據在網絡環境下都是以3DGML的格式來傳輸給客戶端的；

(2)高效的空間索引技術：

以橢球四叉樹和漸進樹技術聯合實現空間數據的高效索引；以優化橢球四叉樹實現大規模地理數據的快速檢索，具體是，沿著經緯格網把地球表面劃分成相鄰全等的、上下相鄰相似的四邊形，四叉樹的每個結點代表的是顧及地球曲率的、等面積的四邊形；

橢球四叉樹每個結點描述了一定分辨率下確定的、等邊長的四邊形面片；

隨著視點和視線不斷移近城區，場景會出現三維建筑等實體；設計的空間索引保證靠近視點或用戶最感興趣的實體應先傳輸，次要的目標而后傳輸和渲染；在此情況下，提出一種漸進樹的空間索引結構，它在傳統平衡樹基礎上，增加了一個元素g(e)來存儲地理空間信息；如果在第L層次上的結點n是一個內部結點，g(e)表示在該分支中所有實體集合；返回的集合在包圍盒精度高于閾值時，就合并漸進樹的內部結點，否則遍歷漸進樹的下一層；漸進樹與橢球四叉樹通過一定的閾值相連來實現多分辨率地形和三維幾何模型的索引；從分辨率為幾公里的大場景到分辨率只有幾米的城市地區，如果場景變化的太快，地形管理器跨越四叉樹而定位到合適位置的速度會落后于用戶變換場景的速度，這種管理機制讓四叉樹能快速定位到合適的空間位置以獲得重要的屬性信息和地理空間邊界盒，從而決定哪些數據和模型顯示在當前視景體內；

(3)海量空間數據的自適應傳輸技術：

集成了在線高效壓縮與釋放、動態流媒體化技術、外存漸進傳輸算法等混合技術，解決在現有的網絡帶寬和傳輸速率下，以及保持數據和模型最大精度的同時，滿足海量空間數據實時傳輸的要求；

為了減少內存的消耗，構建三維場景的結點采用算術編碼壓縮，先傳輸可見子結點中較粗的模型，并將其保留在客戶機內存中，漸進可視化更高層次的場景；如果遍歷停止，就用較粗細節層次模型渲染；在遍歷四叉樹結構搜索當前待渲染結點的過程中，將流和預取過程分為兩個異步線程進行；在交互的過程中必需的數據放在緩存中，每個細節層次中保留數據塊的緩存，如果塊立即使用，就存儲在內存緩存中，否則，放在磁盤緩存中；

發送新的請求前，客戶端預先計算索引后發送消息到服務器獲取它預先沒有存儲的模型結點；從服務器上接收到空間數據時，客戶端做部分簡單的計算，建立數據模型一部分拷貝；服務器建立從屬圖，避免冗余數據的傳輸避免不必要數據的傳輸；客戶端的簡化算法修改服務器端的場景描述，形成設備圖形，該圖形包含漸進入口，它們依連續的順序存儲數據；如果客戶端不能存儲整個細節層次模型時，客戶端就刪除當前不用的數據；若后續的操作需要這部分數據，它只簡單向服務器發送一個請求；

(4)大規模空間數據的自適應可視化技術：

采用視點相關的基于圖形處理器的多分辨率動態可視化技術，將空間信息重新組成一系列層，并簡化為兩個視相關的幾何緩沖器，利用GPU的可編程性，基于外存和細節層次模型算法，進而在GPU中實現超大規模幾何實體的動態多分辨率顯示。