基于Skyline 的三维空间数据网络发布[J].doc

乐档网，我分享,我快乐!/本文档下载自乐档网，更多免费文档请访问网址/doc/info-0fcb81170b4e767f5acfce8d.html基于Skyline的三维空间数据网络发布第35卷第2期2010年3月测绘科学ScienceofSurveyingandMappingVol135No12Mar1基于Skyline的三维空间数据网络发布李佼,吴健平(华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室,上海200062)【摘要】三维场景中三维地形模型和建筑模型等结构复杂,纹理丰富,使得三维数据被称为“海量”数据库,给三维场景在IE浏览器中的的快速加载与显示增加了难度。本文在分析评价现今网络三维可视化方面使用较广泛的软件和技术模式的基础上,介绍Skyline系列软件关于提高三维数据的传输效率的关键技术,并针对此问题进行设计实验,对软件的实用性的进行分析和评估。【关键词】三维可视化;网络;海量数据;Skyline;流技术【中图分类号】P208【文献标识码】A【文章编号】100922307(2010)02201832031引言随着传统GIS向三维立体、互联网络交互方向的发展,网络环境下空间数据的三维可视化问题也越来越受到关注。相对于二维数据,三维空间数据包括大量的地形、影像、三维城市模型及其纹理数据等,域的研究热点之一,如Skyline、Googleirtual3D、ESRI的ArcScene、1Google,采用流(Streaming)Internet传送,供用户进行在线浏览,这对于一般的使用者而言,不失为一个理想的资源平台,它支持用户上传自定义的三维地标、房屋模型、影像等数据。同时它也提供Web界面的API供网页设计者做进一步的应用,但由于其大范围的空间数据资源都是由Google公司提供,用户根据实际应用需求添加的空间数据要达到网络共享需借助Google公司的服务器进行,因此在行业应用中不能提供有效的服务。VirtualEarth3D是微软公司基于MicrosoftLive搜索引擎的一项个性化地图服务,它从空间的角度给出了二维、三维两种演示形式,从地图载体的角度分为常规地图、卫星航拍地图、前两者混合模式三种;用户只要在浏览器里进入WindowsLiveMaps之后,切换到3D检视就能够使用,目前已经有美国本土的十几个大中城市能够看到3D的建筑物,此类3D资源以及正式多语言的版本仍在进一步补充。2ArcGIS软件中的ArcScene提供了一般的三维数据浏览平台,但由于ArcScene会将所有数据读入场景中完全显示,因此会占用大量显存,物理内存和虚拟内存故影响了其显示速度。GeoVRML是美国斯坦福研究所(SRIIntema1Tional)开发的三维可视化插件,它可以和IE、NetScape等浏览器无缝地结合在一起运行。它以VRML为基础来描述地理空间作者简介:李佼(19842),女,云南普洱人,硕士研究生,主要研究方向为三维GIS应用与开发。E2mail:cookielee5191631com收稿日期:2008211228基金项目:国家高技术研究发展计划(863课题)资助(2007AA09Z423);上海市科学技术委员会重大科研计划项目(07DZ12037)数据,用户可以通过一个在Web器上安装的标准VRML。、模型GIS数据发布的需要。,仍存在,3,4。的出现给网络三维可视化提供了新的技术平台。它能建立三维地理信息数据库,用户可以通过本地安装一个免费的TerraExplorer,就可以通过Internet浏览三维地形数据、二维地理信息和三维模型等。它为在网络环境下实现三维景观提供了一个良好的数据规范平台,大大促进网络三维GIS的在各行业领域的应用。Skyline系列软件是基于GIS、RS、GPS和虚拟现实技术的三维可视化地理信息系统。它由TerraBuilder,TerraEx2plorer,TerraGate,StreamingFeatureServer(以下简称SFS)等主要产品组成。TerraBuilder按照精确的三维地理信息模型将大量的影像,高程和矢量数据集中在一起并建立三维地理信息数据库;TerraGate是用于实时流畅传输三维地理数据进行Internet发布的服务器端软件。TerraExplorer又可分为TerraExplorer、TerraExplorerPro以及TerraDeveloper,其中TerraExplorerPro允许用户经由编辑,注记及分析资料,创建自己的3D可视化展示环境;TerraExplorer可允许用户免费浏览TerraExplorerPro所开发的专用功能并执行Terra2Explorer所提供的基本功能;TerraDeveloper则TerraExplorerPro的二次开发包,用户可利用它定制自己的应用程序。SFS可以通过网络以流的方式实现高效的从Oracle空间数据库,ArcSDE,SQL等中读取矢量数据5本文在分析评价现在网络三维可视化方面应用较多的技术和软件的应用模式的基础上,详细介绍基于Skyline进行三维空间数据网络发布的流程和关键技术,并针对三维数据存储、传输的效率设计实验进行分析,从而对基于Skyline进行三维空间数据网络发布方式作出评价。2基于Skyline的三维空间数据网络发布方法211三维空间数据准备一般地,三维空间存在三维地形、三维模型(包括城市典型建筑、自然景观模型等)、二维专题信息等数据类型。对三维空间的描述即对地形、地物等进行三维建模的过程。三维地形建模可使用TerraBuilder软件,将遥感影像数据与DEM数据进行裁剪和融合,创建三维地形数据库,生成31mpt格式的文件;地物包括城市建筑、自然景观模型等,其中典型建筑物和景观,结构复杂、细节丰富,其三维表达一般使用专业的三维建模工具,如3DMAX,Multi2genCreator等建立,结构较简单或样式统一的群体建筑,则184测绘科学第35卷是将完整的数据划分为若干个数据块,用户通过向系统发布请求的方式得到所需数据块的过程6。与传统的场景加载机制不同,该机制在加载模型时按所见区域来对模型进行实时加载,也即是仅加载所见范围内的数据。这一即用即取的特点改善了传统的显示模式的缺憾,节省了不必要的系统资源消耗,从而大大提高了场景的运行效率。同时,该机制的使用还使多分辨率遥感地形图的加载显示成为现实。目前Streaming已经被广泛应用于各种媒体传输当中,其中较为熟悉的有PPStream网络播放平台等。但该技术在三维GIS中的应用还十分鲜见,目前典型的应用是GoogleEarth中的多分辨率遥感图像的加载显示,GoogleEarth服务器通过Streaming的方式向用户传输同一区域不同分辨率的遥感图像、地形或其他类型的数据。Skyline公司将Streaming技术用于三维地形数据和矢量数据(shapefile格式)的传输中,大大提高了三维场景中数据的浏览速度。TerraExplorerPro(shapefile格式)提供整层(Entire)ming)两种加载方式,()。在打开工程文件1,多运用于单。流模式(Streaming)的加。312SFS(StreamingFeatureServer)技术通常,要进行网络发布的三维场景工程文件及其包含的数据放在服务器端,客户端浏览时需要从服务器中读取,TerraExplorerPro可以通过SFS、WFS、Oracle空间数据库和ArcSDE等方式读取服务器端的数据。SFS是Skyline的一个组件,可以通过网络以流的方式实现高效的从Oracle空间数据库,ArcSDE,SQL等中读取矢量数据。它使用缓存机制,事先将重要的数据层存储在cache里,使得在客户端TerraExplorer浏览器中能高速读取显示数据,并支持多并发用户。SFS可以说是Skyline自己构建的WFS,在客户端引入WFS之前,对数据进行优化设置,以提高显示效率。由于SFS是针对Skyline的矢量数据发布工具,使得数据与TerraExplorer浏览器的融合度更高,更大程度的提高了读取效率。将矢量数据通过SFS发布,客户端可通过SFS提供的网络地址访问数据。可进行批量建模;Skyline支持将二维信息添加到三维空间中,与三维数据融合,丰富对三维空间描述。212三维空间数据发布不同的空间数据类型,其发布的方式也不相同:1)三维地形数据三维地形数据是三维空间数据的基础,其数据量通常是海量级的,在网络环境下,三维地形数据的显示是三维空间数据网络可视化的重要环节。TerraGate是将三维地形数据进行Internet发布的服务器端软件,对三维地形数据以流数据形式传输,从而使用户可以高速访问海量地形数据。2)三维模型数据三维模型数据同样具有“海量”的特性,模型数据的存储和传输技术是当前研究的重点和难点。TerraExplorerPro具有将海量的对象数据(如三维模型、文本标签等)存为shapefile的功能,其原理是将对象抽象为点,将其坐标保存在Shapefile文件中,当在TerraExplorerPro中加载Shapefile文件时,以点的类型(TE_TYPE)和名称(TE_FNAME)与对象(此处为三维模型)进行关联,从而使数据以流模式(Streaming)进行加载,提高了效率。基于Skyline对三维模型数据的发布可借助TerraExplor2erPro将三维模型组位置信息记录在shapefile中,再将shapefile通过SFS发布。213创建三维工程三维工程(31fly)在TerraExplExplorerPro,添加一些定位标签(l(route)对三维虚拟场般应具有网络地址,即212中所述:通过TerraGate发布的三维地形数据、通过SFS发布的shapefile格式的三维模型数据、二维信息等。214网页设计TerraExplorerPro提供一系列COM接口,这些接口都能通过脚本语言(如Javascript、VBScript)等调用,开发人员在使用TerraExplorer的TE3DWindow控件设计网页来进行三维显示的同时,还可通过接口调用,在实现基本功能(如显示控制、空间量算)的基础上加入高级分析功能,以适应各个不同行业的需求。在进行网页设计时,可根据需求选择不同的网页设计工具,如记事本、Dreamweaver、Asp1Net等进行界面的美化和功能定制。三维工程(31fly)通过IIS发布,用户在安装TerraEx2plorer浏览器后,即可在所提供的网页中对工程进行访问,实现网络三维浏览。当然,用户也可通过TerraExplorer浏览器直接对三维工程远程访问。4应用分析411应用设计本文选取整个上海市作为实验区域,所利用的数据包括:地形数据(2008年上海市卫星遥感影像)、三维模型数据、矢量数据(上海市基础地理信息数据:行政区划,区县、乡镇区划,水系,道路等)实验区域的地形采用TerraBuilder将上述地形数据与全球DEM数据进行融合,并对不同分辨率的图像进行分级显示,制作实验区域三维地形数据库(31mpt),使用Terra2Gate进行发布;三维模型数据使用TerraExplorerPro将位置信息记录在shapefile中,由SFS发布;矢量数据也有SFS进行发布。在TerraExplorerPro环境下添加三维地形数据库、模型矢量图层及其他矢量数据,并对不同数据显示区域设置定位标签(location),方便用户在信息树窗口(TEInformation2Window)中直接点击查看,最后将这些信息保存到三维工程(1fly)中,通过IIS发布。由于不涉及到实际的应用及具体的用户交互功能,网页仅通过记事本制作简单的html文件实现三维窗口(TE3DWindow)和信息树窗口(TEInformationWindow)显示功能,用户可通过直接点击信息树窗口(TEInformationWindow)3关键技术311流(Streaming)技术传统的场景加载方式在场景运行之初便将所有的数据统统加载进来,这导致了不必要的资源浪费,使得场景加载时间过长。Skyline利用Streaming的加载方式有效地解决了这一问题。Stream即流,是根据请求而发送的数图1基于Skyline的网络三维据块,Stream2可视化应用模式ing即流机制,第2期李佼等基于Skyline的三维空间数据网络发布中预设的定位标签(location)进行快速定位。此时,用户可通过远程访问html网页来浏览三维信息如图2、图3所示。185虽然Skyline在一定程度上解决了三维海量数据存储、传输效率低的问题,并在存储、发布城市尺度上的三维模型方面有所创新突破,但仍然存在读取过程中部分模型丢失的现象,这一问题有望在后续版本TerraExplorerPro51111中得到解决。随着信息和网络技术的发展和其自身的不断完善,相信Skyline将更好的为网络三维可视化做出贡献!参考文献图2网络三维场景中的三图3网络三维场景中的高维模型数据(华东师范大学)精度地形及二维矢量数据412浏览速度分析本文设计对比实验进行测试加载耗时,方法如下:以上海市作为实验范围,创建两个工程,分别采用整层(Entire)加载(test11fly)和流模式(Streaming)(test21fly)两种方式加载同一系列矢量数据(包括由三维模型转换的shapefile数据在内的上海市行政区划、区县及乡镇区划等),使用同一个客户端通过局域网访问网页。经实验粗略估计,访问包含test11fly的网页需等待约30s时间才能显示初始界面,当要加载某个视景(location)时又需经过一定的缓冲;而访问包含test21fly的网页时则几乎不用等待就能显示初始界面,景(location)据。可见文章基于Stream15结束语网络三维GIS是地理数据网络发布、实现地理信息的广泛共享、最终构建面向全民的地理信息服务的有效途径,它吸引了越来越多的研究学者的注意力。Skyline以新的视角提出网络三维GIS的解决方案,为满足国防军事、政府部门、企业用户等行业领域对三维可视化和地理信息等的双重要求开辟了途径。GoogleEarthHelp,GeneralInformation:ComparisonofGoogleEarthproductsandsupportEB/OL1http:/www1google1com/12ESRIWebHelp1ArcScene3DdisplayenvironmentEB/OL1http:/support1esri1com/.3贲进,张永生,戴晨光1GeoVRML一种适合GIS三维数据网络发布的工具J1北京测绘,2002,(2)14王继周,李成名,林宗坚1GeoVRML的网络3维虚拟景观构建J1,2004,(3)15obe1B/OL1http:/corporate/Prod2was6isstreaming?EB/OL1http:/1webopedia1com/TERM/s/streaming1html17王爱国,等13DGIS技术在国土资源信息管理中的应用J1现代测绘,2007,30(2)18黄丽虹,等1TerraSuite在数字城市中的应用研究J1地矿测绘,2007,23(4)19曹巍,王争1基于TerraExplorerPro的三维影像管理系统研究J1测绘通报,2008,(1)110姚申君1基于TerraDeveloper的三维GIS开发研究D1上海:华东师范大学,2008111朱国敏,马照亭,等,城市三维地理信息系统中海量数据的数据库组织与管理J1测绘科学,2006,31(1)1Astudyonvisualizationofthree2dimensionalspatialdatabasedoninternetbyusingSkylineAbstract:Thecurrentstudyoftherealizationofthree2dimensionalvisualizationisfocusedonhowtodisplay3Dscenefluentlybasedoninternet1Itisknownthat3Dterrainmodeland3Dmodelsofotherobjectshavecomplicatedstructureandtexturewhichgreatlyconfinethe3Dvisualizationoninternet1Thisarticleintroducedthekeytechnologyaboutimprovingtransmittingefficiencyof3DmassivedatabyusingaseriesofSkylinesoftwarebasedontechnicalcomparisonbetweencurrentpopularWeb3Dproducts1Byexperiment,theavailabilityofthissoftwarewasanalyzedandevaluated1Keywords:threedimensionalvisualization;web;massivedata;Skyline;streamingtechniqueLIJiao,WUJian2ping(KeyLab1ofGeographicInformationScience,MinistryofEducation,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062,China)(上接第208页)5BlanchetteI,DunbarK1Howanalogiesaregenerated:TherolesofstructuralandsuperficialsimilarityJ.Memory&Cognition,2000,2816DunbarK1Theanalogicalparadox:Whyanalogyissoeasyinnaturalisticsettingsyetsodifficultinthepsycho2logicallaboratoryC/InGentnerD,HolyoakKJ178(Eds1)1TheanalogicalIIlind:Perspectivesfromcog2nitivescience1Cambridge,MA:TheMITPress,20011朱春莺,陈玮清1多媒体网络环境下物理探究发现学习模式研究J1物理教师,2004,25(11)1杜德安1“发现学习“理论在政治课教学中的运用J.上海师范大学学报(基础教育版),2007