（计算机应用技术专业论文）基于flash的webgis体系研究及与虚拟场景集成应用.pdf

首都帅范人学硕i ：学位论文 摹ff l a s h 的w e b g l s 体系研究及与虚拟场景集成麻用 摘要 随着w 曲g i s ( 万维网地理信息系统) 研究与应用的不断深入和普及，传统 网络g i s 实现方式的技术已经不能适应w e b g i s 的应用需求，其主要表现在异构 空间数据互操作、w 曲g i s 体系结构和空间信息三维可视化等方面。w e b g i s 已 成为当前g i s 发展的一个重要方向，是g i s 走向“社会化”的有效途径，也是 构建“数字地球”、“数字城市”的核心平台之一。目前w e b g l s 应用系统中的空 间信息数据网络发布形式主要以各种不同格式的栅格或位图形式存在的，在系统 集成的过程中空间信息资源无法共享和重用。f l a s h 技术是m a 咖e d i a 推出的一 种用于矢量图形的显示与传输的技术，它的矢量特性和网络应用本质的优点，能 很好的满足g i s 对于空间数据图形显示的要求，在目前对w e b g i s 浏览器表现形 式要求进一步提高的情况下，研究和探索利用f l a s h 技术构建具有扩展性、移植 性和交互性等技术特点的w e b g l s 平台体系结构，解决空间信息资源共享和表达 问题，进而在此基础上开发w e b g l s 系统高级应用是本文的一个研究重点。此外， 计算机图形学及虚拟现实技术的快速发展，给w e b g i s 地图发布系统注入了新的 活力，在目前真三维g 1 s 系统发展不成熟的情况下，研究二维电子地图与虚拟 场景集成的w e b g i s 应用系统具有一定的实际意义。 针对以上问题，本文重点分析了f l 嬲h 应用于w e b g i s 的实现技术，包括扩 展现有w e b g i s 体系结构，利用f l 船h 作w e b g i s 客户端实现空间信息可视化， 大批量地理数据存取和传输通信技术、总结分析f l a s h 对这些功能的实现。另外 课题在基于f l a s h 技术建立的二维电子地图的基础上，集成虚拟现实技术，提出 了二维电子地图和三维虚拟场景对比浏览的思路，将属性信息查询、二维电子地 图和三维虚拟现实浏览场景完全整合起来，有机地结合了二维电子地图和三维虚 拟场景的优势，同时又克服了二维电子地图的缺点和三维虚拟场景漫游的方向迷 失感。在实例研究部分，从常用的虚拟建模方法出发，分别介绍了网络环境下二 维和三维集成的体系结构和信息查询技术，集合v r m l 、a s e n e t 及数据库等 多种计算机软件技术，设计出一个二、三维集成的原型系统。最后对基于h a s h 技术的w e b g i s 体系模型以及二、三维集成系统进行了总结和展望。 关键词：网络电子地图；w e b g i s ：h a s h 技术；虚拟现实；v r m l 语言 首都帅范人学颂f ：学位论文堆十f l a s h 的w e b g i s 体系研究发虚拟场景集成麻用 a b s t r a c t w h i l ew e b g i sr w o r l dw i d ew 曲g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) i su n c e a s i n g l y t h o r o u g hs t u d i e da n dt h ea p p l i c a t i o ni sp o p u l a r , t h et r a d i t i o n a ln e t w o r kg i s r e a l i z a t i o nt e c h n o l o g ya l r e a d yc o u l dn o ta d a p tt h ew e b g i sa p p l i c a t i o nd e m a n d ， s p e c i a l l yi nt h ea s p e c to ft h es p a t i a ld a t am u t u a l l yo p e r a t e s ，t h ew e b g i ss y s t e m s t r u c t u r e , s p a t i a li n f o r m a t i o nt h r e ed i m e n s i o n a lv i s i b l ea n ds oo n w e b g i si st h e c u r r e n ti m p o r t a n td i r e c t i o no fg i s sd e v e l o p m e n t ，i ti se f f e c t i v ew a yt h a tg i st r e n d s “s o c i a l i z a t i o n ”：a n di ti so n eo fc o r ep l a t f o r m st h a tc o n s t r u c t ； t h ed i g i t a le a r t h ：。 t h e d i g i t a lc i t y c u r r e n t l yw e b g i ss y s t e mo fs p a c ed a t ei n f o r m a t i o nn e t w o r ki s s u ef o r m m a i n l yi st h ef o r mo fv a r i o u sr a s t e rf o r m a to rs p a c e sm a pf o r m ，t h es p a c ei n f o r m a t i o n r e $ o b r c ei su n a b l et os h a r ea n dr e l s ei nt h ep r o c e s so fs y s t e mi n t e g r a t i o n f l a s hi s t e c h n o l o g yw h i c hi si s s u e db ym a c r o m e d i a , u s e dt od i s p l a ya n dt r a n s f o r mv e c t o r g r a p h a l t h o u g h8 0 f a rn o ty e ti s s u ew e b g i sp r o d u c t sw h i c ha r eb a s e do nf l a s h t e c h n o l o g y , b u ta sar e s u l to fi t sa d v a n t a g eo fv e c t o rc h a r a c t e r i s t i ca n dn e t w o r k a p p l i c a t i o ne s s e n c e , i tc a l lv e r yg o o ds a t i s f yg i sr e g a r d i n gt h es p a t i a ld a t ag r a p h i c a l d i s p l a yr e q u e s t a tp r e s e n t ，i nt h es i t u a t i o nw h i c hf o r t h e re n h a n c e st ot h ew e b g i s b r o w s e rm a n i f e s t a t i o nr e q u e s t , t h er e s e a r c ha n de x p l o r a t i o nh o wt ou s et h ef l a s h t e c h n o l o g yt oc o n s t r u c tw e b g i sp l a t f o r ms y s t e ms t r u c t u r ea n dt h er e a l i z a t i o n t e c h n o l o g yw i mt h ee x t e n s i o n , t h ep r o b a b i l i t ya n dt h e i n t e r a c t i o nt e c h n i c a l c h a r a c t e r i s t i ch a st h ev i t a ls i g n i f i c a n c e , r e s o l v et h ep r o b l e mo fs p a c ei n f o r m a t i o n r c s o u r c e ss h a r i n ga n de x p r e s s i o n , t h e no nt h eb a s i so ft h ef c s c a f c h ，t h ed e v e l o p m e n t o f t h ea d v a n c e dw e b g i sa p p l i c a t i o ni sa s t u d yf o c u so f t h ee s s a y m o r e o v e r , w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g i e sa n dv i r t u a lr e a l i t y , w e b g l sm a pp u b l i s h s y s t e mh a sb e e ni n j e c t e dn e wv i t a l i t y ；i nt h es i t u a t i o no fr e a l3 dg i sd e v e l o p m e n t i m m a t u r e l y , t h es t u d yo ft w o - d i m e n s i o n a l e l e c t r o n i c m a p sa n d v i r t u a ls c e n e i n t e g r a t e dw e b g i ss y s t e mh a ss o m ep r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e i nv i e wo fa b o v e q u e s t i o n s , t h i sa r t i c l em a i n l ya n a l y z e sh o wt oa p p l yf l a s hw i t h w e b g i sr e a l i z a t i o nt e c h n o l o g y , i n c l u d i n ge x p a n s i o ne x i s t i n gw e b g l ss y s t e m s t r u c t u r e ，u s i n gf l a s ht ob ew e b g i sc l i e n t ，r e a l i z i n gs p a c ei n f o r m a t i o nv i s i b l e ，m a s s 首都师范人学硕i + 学位论文基ff l a s h 的w e b g i s 体系研究及o ，虚拟场景集成应用 g e o g r a p h yd a t aa c c e 蟠a n dt r a n s m i s s i o nc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y s u m m a r i e sa n d a n a l y z e st h er e a l i z a t i o nt e c h n o l o g yo f t h e s ef u n c t i o n sb a s e dt of l a s h m o r e o v e rb a s e d o nt h ef o u n d a t i o n , i n t e g r a t e st h ev i r t u a lr e a l i t yt e c h n o l o g y , t o p i cp r o p o s e sn e wi d e a t h a tt h et w o - d i m e n s i o n a le l e c t r o n i cm a pa n dt h et h r e ed i m e n s i o n a lv i r t n a ls c e n ea r e b ec o n t r a s tb r o w s e d , a t t r i b u t ei n f o r m a t i o ni n q u i r y , 2 de l e c t r o n i cm a pa n dt h r e e d i m e n s i o n a lv i r t u a lr e a l i t yb r o w s i n gs c e n ea r ec o m p l e t ei n t e g r a t e do l lac o n t a c t s u r f a c e ，c o m b i n et h ea d v a n t a g eo f2 dd i g i t a lm a pa n d3 dv i r t u a ls c e n e , a tt h e $ a l n e t i m eo v e r c o m e st h ed i s a d v a n t a g eo f2 dd i g i t a lm a pa n dw a n d e r i n ga s t r a yo f3 d v i r t u a l 翻枇i nt h ee x p e r i m e n tp a r to ft h i sp a p e r , f r o mm e t h o d so fv i r t u a lm o d e l i n g u s e df r e q u e n t l yi nr e c e n t l y , s e p a r a t e l yi n t r o d u c e su n d e rt h en e t w o r ke n v i r o n m e n t t w o - d i m e n s i o n a la n dt h et h r e ed i m e n s i o n a li n t e g r a t e ds y s t e ms t r u c t u r ea n dt h e i n f o r m a t i o n i n q u i r yt e c h n o l o g y ,i n t e g r a t em a n yk i n d so fc o m p u t e r s o f t w a r e t e c h n o l o g y , e x a m p l ea sv r m l a s p n e ta n dd a t a b a s ea n ds oo n , a n dd e s i g n st h e t w o - t h r e ed i m e n s i o n a li n t e g r a t i o n s sp r o t o t y p es y s t e m f i n a l l y , t h i sa r t i c l es t r a s s e s s o m ec o n c l u d i n gr e m a r k s , a n dt h er e s e a r c hc o n t e n ti nt h en e a rf u t u r ei sp u tf o r w a r d k e yw o r d s ：n e t w o r ke l e c t r o n i cm a p ；w e b g i s ；f l a s ht e c h n o l o g y ；, v i r t u a lr e a l i z a t i o n ；v r m l l a n g u a g e n 首都师范大学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或 集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： p 噜礼 l 日期：雌r 月铜 首都师范大学位论文授权使用声明 本人完全了解首都师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留 学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学 位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学 位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出 版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 靴敝储獬：t 纸 胁妒僻s n , a n 1 1 课题背景 第一章绪论 g i s ( g e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e l n ，地理信息系统) 是融合计算机图形和 数据库于一体，用于存储和处理空间信息的高新技术，它能将空间中某一地理位 置和其相关属性有机结合起来，根据用户的需要将空间信息及其属性信息准确真 实、图文并茂地输出给用户，实现数据、地图和思维的完美结合，满足城市建设、 企业管理、居民生活对空间信息的要求，借助其独有的空间分析功能和可视化表 达功能，进行各种辅助决策。 2 0 世纪9 0 年代以来，i n t e m e t 和g i s 的飞速发展引发了全球信息化热潮， 它们相互结合产生了网络g i s ，改变了人类存贮、表示和传输地理空间信息的途 径和方式，作为g i s 的主流分支w 曲g i s 技术近年来发展迅速，各信息产业 单位和机构先后推出了自己的w e b g i s 平台和应用方案，其应用领域已经广泛用 于城市规划、土地利用、资源勘探、气象预报、移动通信、电子商务等。但是目 前各种商用的w e b g i s 软件都有自己特有的体系结构、数据格式，所以在客户端 需要有相应的w e b g i s 浏览器插件和从网络上下载相应的j a v aa p p l e t 才能j 下确 的解释这些私有的矢量数据格式，因此给应用程序之间的互操作带来了困难。为 了解决空问数据之间共享与互操作问题，o g c ( 开发式地理信息系统联盟) 建 立开放式地理数据互操作规范，推出了许多开放式的基于x m l 的空间数据交换 格式，但是现有的网络浏览器不支持以矢量图形形式描述这些空间数据，有必要 探索和研究网络矢量编程技术在w e b g l s 中的应用。目前在用f l a s h 作为前端浏 览器以矢量图形描述空间数据方面，国内研究尚处于空白状态。通过分析和比较 f l a s h 在网络矢量图形方面的优势和很好的跨平台特性，能很好的满足g i s 对于 空问数据图形显示的要求，可以向用户提供多样化的、动态的图形用户界面。本 课题属于首都高速公路发展有限公司的北京市公路智能导航系统项目的子课题， 目的在于解决在网络环境下，如何实现交通地理数据的可视化、信息查询及三维 显示等功能，为用户出行提供参考。在本项目中决定采用f l a s h 作为w e b g i s 客 户端，建立基于f l a s h 的二维矢量地图发布平台，并与三维虚拟场景集成开发实 验系统。 1 2w e b g i s 体系发展所面临的问题及解决思路 w e b g l s 经过几年的发展无论是从理论、技术、产品以及应用上都取得了很 大的进步。无疑，w e b g i s 的发展有力地促进了g i s 的社会化，也推动了地理空 间数据的广泛应用。然而，由于目前的w e b g i s 产品是在不同的环境中独立开发 的，有着自己的文化背景、领域背景和技术背景，形成了自己的数据模型和功能 组织机构，虽然这些产品在功能和问题描述能力方面大同小异，但实际操作上差 别很大，加之内部空间数据组织互相保密，形成了不同系统问的壁垒。对于这 种系统如果用户想在一个w e b g i s 系统中浏览或整合其他系统的数据是很难的， 甚至是不可能的。这种封闭独立的系统由于对空间数据的处理保持着一种完全封 闭的状态，导致了系统问无法共享数据和处理方法。一方面，为一个系统所产生 的地理空间数据不能被另一个系统所使用；另一方面，一个系统的服务功能也不 能为另一个系统所使用，这种状况的产生严重阻碍了w e b g i s 的进一步发展。 为了解决g i s 发展中地理信息不能互操作的问题，近年来，许多政府机构、 研究组织、软件开发商及系统人员成立了开放式地理信息系统协会( o p e n g i s c o n s o r t i u m ，简称o g c ) 研究并且制定了一套o p e ng i s 的规范o g i s ( o p e n g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns p e c i f i c a t i o n ) 。o g c 所提倡的w e b g i s 系统至少应具有四 个特点：互操作性、可扩展性、分布式特性和良好的交互性。目前的w e b g i s 系 统只实现了用户交互性和部分可扩展性和分布性，没有实现互操作性，因此 w e b g i s 要想进一步得到发展，实现以上目标，必须解决以下问题： ( 1 ) 异构空间数据互操作。目前w e b g i s 应用系统都是为某一种特定的g i s 数据 及其应用而设计的，如果用户想在使用一个w e b g i s 浏览某一空间数据库 中的数据时需要查看其它空间数据库中的数据，甚至想把这些数据整合起 来，这都是非常困难的。因为这些w e b g i s 采用的空间数据基础决定了它 们的封闭性。虽然网络上的空间信息资源在不断增长，但由于数据管理和 安全的原因，这些空间信息资源大多是面向行业、依赖于特定的支撑环境 和运行环境。他们各自独立、相互封闭、无法互相沟通和协作，形成了信 息孤岛，难以满足i n t e r n e t 上空间信息相关的综合决策的需要。于是， i n t e m e t 用户至今还不得不面对一个尴尬局面：难以在i n t e r n e t 上找到需要 的地图，即使找到一个地图，还因为没有安装相应的浏览工具而无法浏览 2 它，程序员也难以在i n t e r n e t 上构造一个可以使用异构空间信息资源的应 用系统。为此，研究w e b 环境下地理空间数据的开放式表达方法，是解决 目前w e b g i s 系统之间数据互操作的根本手段。 ( 2 ) 空间信息表达的完善。w e b g l s 需要向广大用户展现多样化、生动明了的 图形和数据，而目前传统的w 曲语言h t m l 只擅长于数据的表达，对数据 的内部结构与组织的描述能力差，不利于表现地理空间数据；尤其是不支 持矢量图形，不利于复杂的空间信息的查询和分析。因此，需要一种标准 化的矢量w e b 语言来表达空间信息，提供丰富的动态交互操作。 ( 3 ) w e b g i s 模式的扩展。目前w e b g i s 有两种主流的模式：服务器模式和客户 端模式。服务器模式允许客户端用户向服务器端提交数据和分析请求，服 务器处理请求并将处理结果返回客户端。前者g i s 操作都有服务器端完 成，网络传输负担重，客户端可操作性差；后者服务器和网络传输负担轻， 但客户端功能有限，空间数据存储负载，系统开发难度加大。因此，需要 构建一种混合模型，根据用户请求和网络状况来合理分配数据处理的位 置，使系统的整体性能最优。 1 3 国内外发展现状 1 3 1w e b g i s 体系研究现状 美国副总统戈尔在1 9 9 8 年初提出了著名的“数字地球”的概念，这使w e b g l s 的理想发挥到极至，在中美两国g i s 学术界引起了巨大反响。在美国的国家基础 信息设施( n i i ) 计划和国家空间数据基础设施( n s d i ) 计划的推动和影响下，世界 上大部分国家都在加快建立本国的n s d i 。w e b g i s 是国家空间数据基础设施和数 字地球必不可少的部分，所以世界各国的专家、学者以及众多高新技术企业正积 极投身于w e b g i s 的研究和发展，w e b g i s 己成为g i s 领域研究和实践的热点。随 着i n t e r n c t 走进千家万户，w e b g l s 可用在经济、环保、交通、旅游、规划、政府 决策、城市导游、网上购物等等。 w c b g l s 作为实现“数字地球”的关键技术之一，己经受到了人们的广泛重视。 澳大利亚在1 9 9 5 年开始研制一个a u s t r a l i a nc o a s t a la t l a s 网络项目 d h p c ，1 9 9 9 ： 还开发了一个农业气候资源预测系统 b e n j a m i nh a t t o n ，1 9 9 7 ；英国的g e o c o m p u t a t i o n 组织大力丌展分布式g i s 研究，使用各种g i s 技术结合人工智能、虚 拟，分布、建模等计算机前沿技术解决了很多实际问题 m a c m i l l a n , 1 9 9 7 ；利用 c o m d c o m 技术，美国的w d p o t t e r 等实现了森林生态系统管理决策支持系统 的空问数据共享和互操作，f o r e s te c o s y s t e mm a n a g e m e n td e c i s i o ns u p p o r t s y s t e n l s ( f e m d s s s ) 。自2 0 世纪9 0 年代以来，许多g i s 厂商都推出了自己的 w e b g i s 解决方案，如e s r i 公司的i m s ，m a p l n f o 公司的m a p x t r e m e ，i i l t e r g r a p h 公司 的g e o m e d i aw e b m a p ，著名c a d 厂商a u t o d e s k 公司也推出t m a p g u i d e 等。另外， 由于近几年国内软件技术发展和对g i s 越来越重视，国内互联网地理信息系统软 件技术及产品也取得了长足的进步。比较著名的w e b g i s 产品有：武汉吉奥信息 工程技术有限公司的g e o s u r f 国家遥感应用工程技术研究中心网络与运行工程 部独立开发的地网g e o b e a n s 、北京神州通网络技术有限责任公司的c dw e b g i s 。 但总体看来，国内的开发的w e b g i s 系统平台，无论是在性能还是功能上，都与 国外的w e b g i s 产品有一定的差距“1 。 在g i s 互操作研究方面，它是分布式g i s 中的核心问题，g i s 互操作的核心是用 统一的标准协议通信，来解决对象跨平台的连接和交互问题，从而实现在不同分 布式计算平台、不同数据模型、不同数据结构、不同空间数据表示，不同数据定 义语言和数据操作语言之间的自由地进行数据交换与协同处理。为了促进地理数 据和地理处理的互操作，国际标准化组织地理信息技术委员会( i s o t c 2 11 ) 、开 放地理信息系统协会( o p e ng i sc o n s o r t i u m ，o g c ) 、万维网联盟( w 3 c ) 和w c b 服 务互操作组织( w e bs e r v i c e si n t e r o p e r a b i l i t yo r g a n i z a t i o n ，w s i ) 等正在研究与制 定系列化的基础标准与应用标准、规范，特别是o g c 在开放地理数据互操作规 范o p e n g l s ( o p e ng e o d a t ai n t e r o p e r a b i l i t ys p e c i f i c a t i o n ) 方面和w 3 c 在矢量图形的 可视化表达和传输方面取得了重要成果。1 9 9 4 年成立的o g c 在1 9 9 6 年3 月发布了 o p e n g i s 指南，并且制定了以一系列规范。o p e n g i s 提供在分布式网络环境下， 透明地访问地理数据和地理处理的通用接口，这些分别位于客户端接口与服务器 端的应用程序接口( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ，a p i ) g l 进了新的客户端、新 的服务器功能，支持传统g i s 系统和网络，从而实现在应用程序之间的地理数据 访问和交换以及分布式的客户服务器结构的地理操作。o g i s 为软件开发者提供 4 了一个统一的设计和开发软件工具的框架。它使得用户能在分布式计算平台的网 络环境下进行地理数据和处理的互操作。这种思路和方法给地理空间技术带来一 个全新的变化，用数据、系统和机构之间的具有互操作的地理信息处理代替了传 统孤立的地理信息，使得遵循o g i s 规范的应用程序可以实现无缝的地理数据共 享和地理操作共享。目前己经有一些厂商，例如c u b e w g a - x ，i o n i c 和i n t e r g r a p h 等推出了一些基于o p e n g l s 规范开发出来的产品，遵循o g c 的规范是w e b g i s 未 来发展的一个趋势。 在w e b g i s 体系模式方面，当前基于i n t e r n e t 的w e b g i s 主要采用浏览器应用 服务器数据库服务器的三层b s 模式。w e b g i s 的实现技术主要有：通用网关接口 技术( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ，c g i ) 、服务器应用程序接口技术( s e r v e ra p l ) 、 插件技术( p l u g - i n ) ，a c t i v e x 技术等。基于c g i 的w e b g i s 是用户发送一个请求到 服务器上，服务器通过c g i 把该请求转发给后端运行的g i s 应用程序中，由应用程 序生成结果交还给服务器，服务器再把结果传递到用户端显示。但是c g i 机制本” 身有很大的缺陷，对于客户端发送的每一个请求，都要一个新的c g i 进程，耗费 大量资源。目前，己经较少采用c g i 技术，而s e r v e ra p i 因为在其通用性方面的缺 陷，很少被引用。p l u g - i n 技术由于存在着软件各版本之间的不兼容问题及版本管 理的问题也被较少采用。随着分布式计算正朝着标准化和开放式体系结构的方向 发展，特别是分布式计算和面向对象技术基础上发展起来的分布式对象技术，为 实现新的w e b g i s 体系提供了一个良好的技术基础。 在3 d g i s 方面，以三维城市景观模型为主要内容的数码城市越来越引起人们 的普遍关注，并日益成为三维g i s 发展的主流之一( 李德仁等，2 0 0 0 ) 。但是， 由于受到网络传输速度、图形技术和虚拟现实技术等因素的限制，基于网络的三 维g i s 尚处于一个刚发展起来的全新阶段。目前，国际上比较有影响的3 d 地学软 件系统有加拿大s i m o nw h o u l d i n g 教授主持研发的l y n x ；g e ov i s u a ls y s t e m l i m i t e d 为石油工业开发和提供三维建模和可视化软件如g e o c a r d ；美国地质调 查局的m o d f l o w 建模软件系统等。f a u s t 和k o l l e r 等在9 0 年代初期进行了地理信息 系统和虚拟现实系统的集成试验，并提出了虚拟地理信息系统概念“v i r t u a l g i s ( v g i s ) ”；c o o r s 与j u n g ( 1 9 9 7 ) 应用v r m l 设计了三维数据模型，并用j a v a 建立 了与v r m l 三维场景的交互界面；h i b b a r d ( 1 9 9 8 ) 应用j a v a 2 d 与j a v a 3 d 设计并开 发v i s a d 可视化环境系统，用于分析海洋、大气等多维地学数据。在国内，许 多由许多学者、研究机构从事d t m 建模、地学可视化、虚拟现实、以及其它一 些相关的研究工作，在三维数据生成、层次细节( l e v e l so f d e t a i ll o d ) 模型、三 维可视化、空间分析等方面取得了较好的成绩，有些己在软件产品中得到应用。 如：武汉大学的c c g i s ；北京灵图软件技术有限公司开发的三维地理信息系统软 件系列产品v r m a p ；适普软件有限公司开发的三维可视软件i m a g l s ；武汉天元 软件有限公司开发的一套先进、完整的可视化v r g i s ；科瑞讯公司开发的时空对 象管理数据系统c r e 3 d ；中国四维测绘技术北京公司研制的空间信息三维虚拟现 实系统s m v r 等等。从国内外现有的理论研究来看，其研究重点主要集中在三维 数据模型与数据结构、三维空间关系与空间分析、三维可视化等方面；从软件系 统平台及具体应用来看，其侧重点放在地形绘制、三维建模、场景渲染等方面”， 并没有把重点放在将二维和三维有效结合、利用二维地图快速生成三维场景以及 对这种结合后的可视化结果寻找合适有效的发布方式上。 二维电子地图和三维虚拟场景集成的思想早在三维虚拟军事训练中就得到 了广泛的应用。三维虚拟军事训练时，为了解决士兵在虚拟环境中漫游造成的方 向迷失感，系统常常需要加入二维地图以弥补其不足。此外，集成思想在交通智 能导航系统和一些电子游戏中都有较广泛的应用。目前国内研究得还较少，国外 已开始了一些研究，如美国著名的三维仿真驱动软件v e g a ( 一般都基于m u l t i g e n c r t o r 建模) 也已经把自己的三维仿真产品与g i s 相结合了。与2 0 0 1 年5 月推出 了s i t b u i l d e r 3 d 产品。s i t b u i l d e r3 d 是二维电子地图( 基于a r c v i e w 平台) 和三维 虚拟场景( v e g a 驱动) 想结合的一个产品。有效地利用网络将二维三维可视化 形式相结合可为w e b g i s 、v r g i s 、m g i s ( m u l t i m e d i a - g i s ) 、3 d g i s 、 g e o - d v e ( d i s t r i b u t e dv i r t u a lg e o e n v i r o n m e n t s ) 等的研究奠定基础。因此，网络 环境下二维电子地图和三维虚拟场景集成还存在很大的研究空间。 1 3 2 基于f i a s h 的w e b g i s 体系研究现状 w e b 浏览器上可编程的矢量图象处理技术的出现对于w e b g i s 的发展有重大 的意义，目前国内外对利用w e b 矢量技术在w e b g i s 中的应用正在展开，逐步 意识到原有的w e b g i s 表现形式的缺陷，即服务器根据地图服务请求传回相应的 6 地图百f 或j p g 图片，将处理结果以静态w e b 页面的形式发送到客户端，这种方 式大都基于特定的g i s 软件平台，需要投入大量的人力物力，系统移植困难，不 利于二次开发，极大限制了w e b g i s 的功能。当前主流的两大网络矢量编程技术 主要为f l a s h 技术和s v g 技术，s v g 作为一种可伸缩的矢量图形技术近年来有 了较快的发展，在g i s 应用方面也出现了相对成熟的产品，如s v g m a p m a k e r ， 可以嵌入m a p i n f o 中转出图例和图层；o p e n s v g m a p s e r v e r 可以实现s h a p e 格式 数据的转换等等。而在f l a s h 方面，国外也有学者开始研究利用它的矢量编程技 术来进行空间数据表现、地图操作和交互等，如澳大利亚开发的一个基于f a l s h 的g i s 应用系统选票统计系统，能处理大型全国地图数据。国内研究和应用 尚处于空白状态。虽然目前国内有许多厂家开发了各种f l a s h 电子地图，但其不 是属于w e b g l s 体系的范畴，并未涉及到空自】信息可视化、空间分析等方面。 1 4 研究内容及论文组织 1 4 1 研究内容 本课题的研究内容有：通过对现有w e b g i s 体系模型的比较研究和分析，研 究如何扩展其体系结构以适应网络环境；对传统的f l a s h 与应用服务器通信技术 进行了改进；对地图空间数据进行组织和编码，使得客户端具有一定的处理空间 信息和空间分析的能力；利用f l a s h 作为w e b g l s 的客户端，设计了基于f l a s h 技术的网络图形客户端的界面、功能与结构，实现了二维矢量电子地图。在此基 础上，提出二维电子地图和三维虚拟场景结合的思路，将属性信息查询、二维电 子地图和三维虚拟现实浏览场景完全整合起来，开发具有一定真实感、交互性的 三维可视化实验系统。 1 4 2 论文组织 论文内容共分为六章。 第一章介绍课题来源和研究背景以及论文组织结构，分析了当前w e b g i s 发展所面临的问题及解决思路，并阐述了w e b g i s 的发展现状。 第二章分析了当前w e b g l s 体系模式和主要实现技术及其利弊，提出一种 新的w e b g i s 客户端技术，阐述本课题构建w e b g i s 体系的路线，以及采用的 f l a s h 技术构建其模式的方法和优势。 第三章论述了f l a s h 技术及其在w e b g i s 中的应用，研究了实现f l a s h 浏览 器、n e t 应用服务器、g i s 空间服务器和数据库系统四层b s 结构的w e b g i s 方案，在应用服务器中扩展f l a s h 与其通信的数据模型使得在f l a s h 客户端能实 现地理数据的获取、组织和转换等功能，从而实现基于f l a s h 技术的客户端，并 通过研究实例展示方案的实现。 第四章探讨了二维电子地图和三维虚拟场景集成的机制，阐述了虚拟现实 三维建模基本理论及v r m l 体系特征，研究了课题中实现虚拟现实建模的关键 可视化技术，结合混合建模技术、纹理贴图技术、l o d 技术和场景简化技术等 介绍虚拟场景各景观模型实现。 第五章从实验环境配置、实验系统设计及虚拟场景实例开发等几个方面进 行深入讨论。最后将f l a s h 二维矢量电子地图与三维场景相结合，设计并实现了 一个实验系统。 第六章对本文的研究内容给予总结并对以后进一步研究工作进行展望。 第二章f i a s h 及w e b ( ；i s 体系概述 2 1f l a s h 技术概述 f l a s h 是m a c r o m e d i a 公司1 9 9 6 年6 月推出的优秀网络动画设计软件，用来 创建基于动画编程的矢量图形。它是一种交互式动画设计工具，用它可以将音乐、 声效、动画以及富有新意的界面融合在一起，以制作出高品质的网页动态效果m 】。 f l a s h 主要用于制作或播放矢量图形和动画素材，是基于矢量图形的动画编辑软 件，它编辑的主要对象是矢量图形，也可以对转换为矢量图形的位图进行编辑。 它采用了与众不同的核心技术：流控制技术。用户可以一边下载，一边播放，此 外，用f l a s h 制作的矢量图在放大与缩小的操作中没有失真，动画文件体积小。 由于h t m l 语言的功能十分有限，无法达到人们的预期设计，以实现丰富 的动态效果，在这种情况下，各种脚本语言应运而生，使得网页设计更加多样化。 然而，程序设计总不能很好地普及，因为它需要一定的编程能力，而人们更需要 一种既简单直观又功能强大的动画设计工具，f l a s h 的出现正好满足了这种要求。 它具有如下特点：数据矢量传播、高度集成性、强烈的互动性、游戏的创意和 出色的视觉效果；将f l a s h 的多媒体优势和后台数据库交互结合可满足大型网 络应用程序要求；提供特有的网络动画编程脚本语言a c t i o n s c r i p t ，可以运用 它在f l a s h 中支配对象，创造运动和交互的造型；提供x m l 支持以实现f l a s h 中的数据与服务器进行交换。随着互联网不断介入应用程序开发的各个领域，协 调运算便不断成为应用程序开发所追求的方向。应用开发也随之形成了一种习 惯：即将应用程序构建成一组组件，分布于计算机网络之间，并作为整个程序的 一部分一起运行，这便是分布式应用程序。因此，m a c r o m c d i a 也大力推广 r i a ( g i c hi n t e m e t a p p l i c a t i o n s ，r i a 富网络应用程序) 理念，使得f l a s h 与后台连接 能力加强了许多。 2 2f i a s h 技术引入w e b g i s 的可能性 ( 1 ) f l a s h 的矢量特性 w 曲浏览器上可编程的矢量图象处理技术的出现对于w e b g i s 的发展有重大 9 的意义，基于矢量的w e b 地图包含了丰富的动态交互形式。在w e b 发展的过程 中，为了提供h t m l 网页无法做到的交互操作和动态媒体，常使用j a v aa p p l c t s 等交互操作插件，矢量技术并没有广泛应用到w e b g i s 中。目前主流的两种w e b 图形技术是m a c r o m e d