[發明專利]一種三維模型數據的瓦片式快速加載方法

有效

• 申請號: 201611104349.5
• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN106600523B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 黃新;邵世維;肖立霞;劉輝;王京晶;王恒
• 申請（專利權）人: 武漢市國土資源和規劃信息中心
• 主分類號: G06T1/60
• 分類號: G06T1/60;G06T15/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 魏波

技術領域

本發明屬于地理空間信息系統技術領域，特別是涉及一種三維模型數據的瓦片式快速加載方法。

背景技術

三維GIS(Geographic Information System)是目前GIS的一個重要發展方向，它能進行多分辨率、多尺度和多時空的三維場景的直觀表達，在精確建模和虛擬現實等高新技術的驅動下得到了穩步的發展。建立高精度、多分辨率、多時空、多細節層次模型的三維場景產生了海量、結構復雜和多尺度的三維模型數據，使得大范圍三維場景的加載顯示出現卡頓、緩慢的現象。而三維場景的高效加載是最為基礎和關鍵的技術之一，直接影響著三維技術應用的發展前景。

為了加快三維場景的顯示，提高渲染效率，將三維模型數據進行簡化，按照一定的規則格網分割處理為三維瓦片雖然可以有效地減少內存消耗、計算量，但是隨著三維模型的增長，其瓦片數量級十分龐大，通常可達到T甚至P數量級。面對如此龐大的數據，將其全部緩存到內存中是不現實的，因此進行大范圍場景的高效可視化對計算機硬件和應用軟件都提出了非常高的要求。

解決三維場景的快速加載難題，對于提升大范圍三維場景的漫游速度、三維場景的流暢、逼真顯示和人機交互體驗有著重要意義。

目前，加快三維場景數據的加載可以通過提高緩存性能來實現：

(1)利用緩存置換算法剔除緩存中最不可能使用的瓦片。

良好的緩存置換策略可在很大程度上提高三維瓦片數據的訪問與傳輸效率，縮短訪問響應時間。三種最直接的置換策略是：第一種，最近最少使用LRU(Least Recently Used),將最長時間未被訪問的瓦片移除，但是可能將用戶偶爾訪問的瓦片保留在緩存中；第二種，最不經常使用LFU(Least Frequently Used),將總訪問次數最少的瓦片移除，但是可能將前期經常訪問但以后不經常訪問的瓦片長期保留在緩存中；第三種，先進先出FIFO(First In First Out)，將最先存儲的瓦片移除，但是忽略了某一用戶對特定區域長時間、高頻度的訪問，可能刪除用戶感興趣的某一區域。此外，基于瓦片壽命和訪問熱度的緩存置換策略TCLEPR(Tile Cache Life TimeExcess and Popularity Replacement)將當前緩存中瓦片存活壽命超出平均緩存壽命最多的且訪問熱度最低的瓦片置換出緩存；面向網絡GIS的最小價值空間數據緩存置換算法GDLVF(Lowest-Value First Cache Replacement for Geospatial Data)依據,[時間、訪問頻率、文件大小、空間數據的空間位置特征計算數據價值，移除價值最小的瓦片。但是這些方法在三維場景中只考慮了訪問過的瓦片，未能考慮到預緩存數據的置換處理(文獻1、2、3)；

(2)利用瓦片預測策略提高緩存數據的有效性。

最為常用的瓦片預測方法是鄰近區域預取，即在空閑時下載與當前瀏覽區域相鄰的瓦片，但是只考慮了平移操作，準確率低且容易導致網絡擁塞。而Markov模型對用戶的瀏覽進行預測，其準確率可以達到70％左右。采用一個Markov鏈描述所有用戶的瀏覽特征，存儲轉移概率矩陣的復雜度是瓦片數量的平方，而且采用高階轉移矩陣所需的存儲空間還會成倍增加。多Markov鏈將用戶分為不同類別并用不同的馬爾可夫鏈表示不同類別用戶的瀏覽特征，減少存儲空間、提高預測準確性。鄰近選擇Markov鏈(neighborselectionmarkovchain,NSMC)用前k次瓦片移動方向作為轉移狀態,假定所有瓦片具有相同的轉移概率，模型簡單，存儲開銷小，但是未充分考慮空間數據組織形式和空間地物的重要性。

[文獻1]涂振發，孟令奎，張文.面向網絡GIS的最小價值空間數據緩存替換算法研究.華中師范大學學報(自然科學版),2012.

[文獻2]褚信，蔡陽軍，杜震洪.用戶行為選擇參與的五層十五級瓦片緩存置換策略研究.浙江大學學報(理學版),2016.

[文獻3]王浩，喻占武，曾武.基于瓦片壽命和訪問熱度的海量空間數據緩存置換策略.武漢大學學報信息科學版,2009.

發明內容

本發明目的在于針對三維模型數據由于貼圖精度高、數據量大，在三維平臺加載的過程中出現卡頓、顯示不友好等現象，難以實現快速加載的難題，提出了一種三維模型數據的瓦片式快速加載方法，通過進行三維瓦片數據的及時、有效的緩存，提高了三維瓦片的加載效率。

本發明所采用的技術方案是：一種三維模型數據的瓦片式快速加載方法，其特征在于：包括以下步驟，