【摘要】：本文的研究主題是應(yīng)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(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(shí)空大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)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(shí)空大數(shù)據(jù)的應(yīng)用更是重重困難;在WebGL標(biāo)準(zhǔn)提出后,大量基于Web的三維GIS應(yīng)用涌現(xiàn)出來,用戶對三維WebGIS的關(guān)注重點(diǎn)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(yīng)用上來。然而現(xiàn)有空間數(shù)據(jù)表達(dá)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(shè)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(shè)置依據(jù)。以往以要素分層的方式來表達(dá)空間數(shù)據(jù)的方法缺乏對實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)目標(biāo)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(shí)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(rèn)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(shí)空大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為人們所需的信息和知識(shí)。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(shí)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(chǔ)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(fù)合金字塔的基礎(chǔ)上,由用戶根據(jù)實(shí)際的場景應(yīng)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(shí)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(shí)現(xiàn)將多尺度數(shù)據(jù)統(tǒng)一在各個(gè)專題三維場景下,服務(wù)地理國情監(jiān)測、應(yīng)急處置、大規(guī)模地理信息應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域。為實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)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(shù)方法,為場景構(gòu)建規(guī)則的制定打下理論基礎(chǔ)。深入剖析WebGL的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和渲染原理以及glTF這一面向網(wǎng)絡(luò)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(jì)算機(jī)屏幕的映射和場景數(shù)據(jù)的同構(gòu)化奠定技術(shù)基礎(chǔ)。2)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)同構(gòu)技術(shù)方法,為專題場景的表達(dá)提供靈活高效的數(shù)據(jù)支持。3)設(shè)計(jì)針對瀏覽器端的三維地理場景表達(dá)模型,以復(fù)合金字塔模型為基礎(chǔ)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(shè)計(jì)了靈活的場景編輯向?qū)АＴ趫鼍氨磉_(dá)模型的基礎(chǔ)上探討在線場景服務(wù)的實(shí)現(xiàn)模式以及三維地理場景的深層次應(yīng)用。4)在三維地理場景數(shù)據(jù)組織模型與表達(dá)模型的研究成果基礎(chǔ)之上,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了地理場景構(gòu)建平臺(tái),并在實(shí)際的項(xiàng)目中服務(wù)場站、校區(qū)場景的多尺度表達(dá),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(guān)實(shí)驗(yàn),說明了交互式的三維地理場景能夠輕量化地實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)的聯(lián)合應(yīng)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(gè)性化的場景應(yīng)用,還靈活地支持對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的擴(kuò)展,為實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的深度應(yīng)用提供了服務(wù)。
【學(xué)位授予單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P208
【圖文】：

在城市模型的層次劃分、模型簡化的標(biāo)準(zhǔn)、幾何模型的自動(dòng)簡化和紋理模型的縮上。大量的研究者選擇避開自動(dòng)簡化，在模型成產(chǎn)時(shí)即構(gòu)建模型的多級(jí)離散層次節(jié)模型，或使用包圍盒、白模型、粗糙紋理等實(shí)現(xiàn)類 LOD 的效果。這一系列究基本實(shí)現(xiàn)了各自設(shè)計(jì)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(fù)雜度的增加。1.3 場景數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)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(dá)），包括大氣、地形、像、模型等。在交互進(jìn)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(luò)條件和用戶計(jì)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(yīng)用過程中要采用科學(xué)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)調(diào)度策略。

頂點(diǎn)緩存（VBO）的過程封裝為頂點(diǎn)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(gè)過程成了一個(gè)對象，既可以重用，也方便內(nèi)部細(xì)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(diǎn)紋理等擴(kuò)展性的用法，保證了 WebGL 應(yīng)用可版等操作，滿足一些復(fù)雜情況下的需求。程L1.0 對應(yīng)的是 OpenGL ES2.0，也就是可編程渲染管線。我們介紋理對象兩個(gè)比較核心的 WebGL 概念。Shader 模塊負(fù)責(zé)加exture），執(zhí)行渲染任務(wù)。

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(fù)雜的三維模型數(shù)據(jù)，其結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)格式復(fù)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(yīng)用的最后端，也就是數(shù)據(jù)渲染的時(shí)候?qū)误w的模型或瓦片統(tǒng)一成一種兼顧網(wǎng)絡(luò)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(shè)計(jì)的一種數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，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(yùn)行時(shí)的 3D 內(nèi)容格式標(biāo)準(zhǔn)[39]。glTF 為 3D 內(nèi)容制作工具和服務(wù)定義了一種可擴(kuò)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(shè)計(jì)的，在傳輸和內(nèi)容解析上

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2744929