多分辨率地形模型的研究与实践

多分辨率地形模型是大规模地形交互仿真关键技术之一。通过对地形数据简化分层、分块等数据处理建立金字塔数据模型来组织地形数据。利用视景体裁剪,基于分辨率测试的四叉树搜索算法实现了大场景数据的动态管理。其中重点对可见区分辨率进行调整,使渲染的数据块适中。通过将较高分辨率地面块边界的顶点移到相邻较低分辨率块的方法,消除了不同分辨率地形块间的裂缝。     

一种面向现代GPU的大规模地形渲染技术

将地形数据均匀地划分为分页,通过基于视点的预加载方法和分页缓冲池管理技术实现海量地形数据的实时调度.沿用LOD算法基本思想,将已加载的分页再划分为若干个分块,以分块为单位进行批量渲染,并把不同细节等级分块之间的裂缝处理提前至预处理阶段进行,减少CPU的实时运算量.实验表明,该算法能使CPU与GPU之间更协调的工作,实现了大规模三维地形的高效渲染.     

基于OpenGL的3维虚拟林相研究

本文介绍了研发虚拟林相三维可视化系统的技术流程与实现方法,该系统研发基于目前较流行的以Visual Studio C 开发组件调用OpenGL三维图形库的方法,自主研发出虚拟林相三维可视化系统.该系统按三角带组织DEM数据并读入VC,采用LOD、四叉树技术自主研发了标准真实DEM数据构建三维地形的导入引擎,实现了地形可视化以及一些基本功能.为还原真实的地形地貌,应用OpenGL中的纹理映射、光照、场景分割、反走样、八叉树、雾化等三维可视化特性,增强了三维可视化效果.     

基于多源数据的三维地形可视化研究

文章介绍使用地形图数据和Landsat 8影像提取高程数据和土地利用专题数据,利用UNIGINE引擎制作出DEM三维模型,再结合土地利用专题数据以及数据量很低的通用地物贴图、模型,使用基于四叉树的地形渲染方法,可实现细节精致、体验流畅的大范围场景三维地形可视化。     

基于MongoDB数据库的多时态地形数据存储管理优化方法

针对传统多时态地形数据采用磁盘存储,导致高频存取的现势性数据读取效率低的问题,提出了MongoDB数据库支持下内外存结合的多时态海量地形数据存储管理的优化方法。该方法根据用户对现势性地形数据的高频访问需求,设计MongoDB支持的时态数据分片和索引的优化策略,通过将最新地形数据常驻于内存中,将历史数据存储于磁盘中,保证了最新的地形数据在内存中快速命中并传输给用户,可提高调度效率和绘制的流畅性。     

三维海量点云数据的组织与索引方法

三维点云是三维GIS重要的数据来源,也是三维GIS对地学空间对象、现象进行表达、描述以及建模的重要手段。点云数据的高效组织是对其进行各种分析处理的基础,为此本文在对三维坐标点按照一定的规则进行排序的基础上,采用规则空间八叉树与平衡二叉树相结合的嵌套复合结构进行组织,大大加速了三维点数据基于坐标的查询检索,为海量点云数据的进一步分析操作奠定了基础。最后,文中对该复合组织结构进行了内外存相统一的设计与实现,并验证了该方法的正确性及有效性。     

基于四叉树的LOD地形模型及其数据组织方法研究

针对大规模地形可视化中地形数据的组织方法进行了研究,设计了一种基于线性四叉树结构的静态LOD地形模型,采用重采样、分层分块的方法来组织任意格网大小的海量地形数据。在此基础上,对数据动态调度过程中的相关问题进行了分析,地形块的快速索引、边界裂缝消除等方法的运用,提高了地形漫游的效率与可视化效果。实验结果表明,该研究成果可以满足大规模地形数据的实时可视化操作要求。     

大规模3维地形管理关键技术研究

阐述了构建大规模3维地形模型的关键技术,包括地形分块技术、地形层次细节构建、可见性剔除和基于视点的渲染技术.为了提高绘制的帧率,实现大规模3维地形漫游系统显示的平滑和连续,本文采用了基于四叉树结构的地形的连续多分辨率渲染;在考虑视点和地形粗糙度的基础上,设计了一种合理的节点评价系统;提出了限定四叉树的三角网剖分方法,有效消除了不同分辨率节点间的裂缝.实验结果表明,在保证地形真实感的前提下,这些技术实现3维地形显示可以获得较好的图形质量和显示速度.     

基于GIS技术的列车运行仿真系统研究

列车运行仿真已成为轨道交通领域研究的热点之一,但国内大量的仿真运行研究侧重于提高目视效果和仿真效率,在仿真系统(尤其是以真实地形、卫星影像等空间数据为场景的仿真系统)数据管理能力上缺乏深入研究和探索。本文将GIS技术应用到列车运行仿真系统的构建中,尝试借助GIS强大的数据组织与管理功能提高运行仿真系统数据管理能力。同时,通过数据分块、外存和层次细节(LOD)模型策略等性能优化策略提高仿真系统中海量场景数据的调度和显示效率。本文基于ArcGIS engine和ArcGISGlobe实现了列车运行仿真试验系统的开发和运行,结果表明,上述思路应用于列车运行仿真系统中可兼顾数据管理能力和高速仿真效率。     

一种基于屏幕的三维地图线状符号渲染方法

作为地理信息系统中的重要组成部分,矢量数据在三维GIS中发挥着重要作用,如指示地理对象、解释空间关系和丰富图面信息等。随着图形硬件的迅速发展和虚拟地理环境的广泛应用,为了在三维地图中精确、高效地绘制出具有复杂样式的线性地图符号,本文提出了一种利用OpenGL Shader Language的三维地形表面线状符号渲染方法。该方法通过对矢量数据进行编码形成纹理数据,完成矢量数据在程序与GPU间的传输;将地形单元和矢量线段间的映射关系存储在索引纹理中,用于关联线段的实时查找;通过计算当前屏幕片元与关联矢量线段的空间位置关系,判断片元所属符号的区域,进而设置片元的颜色。实验表明,本方法可在三维地形上高质量地渲染出几种典型的复杂线状符号,并能保持较好的渲染性能。     

基于混合瓦片的海量DEM/DOM数据高效存储管理方法——以应急救灾数据库为例

针对传统DEM/DOM数据存储管理采用同一瓦片剖分导致大量DEM小文件入库效率极低的问题,在传统地形金字塔的数学基础上,建立DEM/DOM混合瓦片的金字塔模型。该模型考虑相同空间范围内DEM瓦片文件远小于DOM瓦片文件大小的数据特点,通过为DEM和DOM划分不同的瓦片范围,平衡瓦片文件大小;将空间相关的DEM瓦片打包,以减少文件数量,提高入库效率;设计了瓦片ID的编码方式,隐式存储非均衡瓦片范围的DEM瓦片和DOM瓦片的映射关系,支持无缝调度和浏览。以分布式数据库MongoDB为平台进行实验,验证了本文方法的可行性和有效性。     

矢量瓦片并行构建与分布式存储模型研究

矢量瓦片体积小、生成效率高、支持动态交互,较传统栅格瓦片有诸多优势,是下一代互联网地图服务研究的重点。为了解决当前矢量瓦片研究中处理速度慢,扩展性差等问题,本文利用并行计算框架Spark进行矢量瓦片快速构建,通过自定义转换函数,将原始矢量数据GeoJson转换成mvt瓦片集;对于生成的矢量瓦片集,本文基于分布式内存文件系统Alluxio设计一个瓦片存储模型-VectorTileStore,模型以键值对进行数据存储,瓦片元数据占据前八个键值对,单个瓦片占据一个键值对,在数据写入的同时,基于键构建一个哈希索引,用于快速访问,模型兼容海量瓦片的组织存储,具有很强的扩展性。通过实验结果表明,本文提出的矢量瓦片并行构建算法较单机构建算法运行时间平均减少49.6%,分布式存储模型VectorTileStore较传统方案更适合海量矢量瓦片存储,存取时间效率更高。     

一种与地图服务结合的栅格瓦片计算模型

随着遥感影像数据的快速增长,对于栅格数据高效的信息处理和价值挖掘方式提出了更大的挑战,传统地图服务聚焦于内容的共享与可视化,缺乏对影像实时分析处理功能。本研究以地图服务的形式实现了对栅格瓦片数据实时分析处理能力,将云优化的GeoTIFF（Cloud Optimized GeoTIFF,COG）作为数据组织方式,设计了分布式协同预取策略,实现了栅格瓦片数据的冷热加载,优化了从云端读取影像数据的效率。在栅格瓦片数据高效加载的基础下,提出了一种基于表达式的栅格瓦片处理模型,通过对表达式转换建模为计算工作流,在地图服务的请求中实现对栅格瓦片的实时处理,对存储在云端的海量遥感数据进行快速分析,实现原始数据到数据产品的直接可视化转换。针对全量数据参与的场景,使用合适的重采样数据进行简化计算,以满足地图服务的实时性。使用了NDVI、地物分类、植被覆盖度三类不同复杂度模型,在地图服务中对Landsat 8影像进行了实时计算分析。实验结果表明,该处理模型能对栅格瓦片进行有效分析,且能进行分布式扩展,在高并发场景下能够提供稳定的地图服务能力,适应各层级尺度的计算,对未来地图服务的发展提供了一种新思路。     

三维GIS的线性八叉树数据结构研究

本文在分析和比较了三维ＧＩＳ中多种数据结构的基础上,重点讨论了线性八叉树编码原理、线性八叉树数据结构以及线性八叉树的生成、显示与操作,并从数据结构的优缺点着眼,提出将ＢＲ 法与线性八叉树相结合的观点;从三维动画技术着眼,提出将原型法、ＣＳＧ 法与线性八叉树相结合的观点,最后提出一种基于多元表示的三维ＧＩＳ系统的构想框架     

数字城市的三维景观系统构建

本文探讨了数字城市中三维景观的功能特性 ,分析了数字城市中三维景观系统构建的技术思路 ,讨论了三维景观系统构建过程中的一些关键技术 ,如景观背景变换、三维对象信息查询、天气效果的实现以及地形构建等。文章最后指出今后有待进一步解决的技术问题。     

基于中间件的瓦片地图服务设计与实现

为了对WebGIS遗留系统进行平滑升级,提高传统WebGIS服务器的响应速度和改善用户体验,设计并实现了一个瓦片地图服务中间件(Tile Map Service,TMS,又译为缓存服务)。通过分析其工作原理和体系结构,从瓦片空间索引、瓦片切图策略及系统部署等三个方面,给出了优化对策,并与传统WMS进行了性能对比。实验测试数据采用世界地图的第8缩放级别,在该缩放级别下地图瓦片总数为32768个,随机生成21000个包含3×3个瓦片的地图请求窗口,将随机生成的测试数据分成20组,每组依次包含100-2000个请求窗口。实验分别采用WMS请求和TMS请求两种请求方式,其中,WMS请求直接向GeoServer发送WMS数据请求,TMS请求采用多线程同时向瓦片地图服务中间件发送9个WMS瓦片请求。实验结果表明,该瓦片地图服务中间件比WMS的平均响应时间减少约46%,并具有很高的瓦片动态切图效率,对提高传统WebGIS的响应速度和平滑升级现有遗留系统具有重要的应用价值。     

瓦片数据版权保护方法及应用研究

 随着"天地图"等网站的建设与不断发展,地理信息资源的共建共享得到了积极推动。然而,网络环境下瓦片数据非法下载、违法使用等安全问题日益严重和突出,如何保护网络环境下瓦片数据版权是当前迫切需要解决的问题。为了节省存储空间,海量瓦片数据存储方式往往采用索引机制,这种存储机制与常见的图像、栅格地图等数据对水印技术的要求不同。本文首先着重分析了采用索引机制存储的瓦片数据特征及其对水印技术的要求;在水印信息生成方面,采用了m序列生成无意义水印信息,而在水印嵌入方面,提出了映射机制的瓦片数据数字水印嵌入算法,采用红色和绿色通道生成的映射函数,将水印信息嵌入到蓝色通道中,其中水印检测为水印嵌入的逆过程;最后,实现了水印技术的瓦片数据实时版权保护系统,并通过了实例验证。     

中国地震前兆台网观测曲线动态展示

为了使对地震前兆信息的分析过程更加方便,使用JavaScript语言编制地震曲线图网页,所有网页均由C#程序自动生成,程序连接数据库,每30分钟自动搜索数据更新情况,实时对数据进行更新、绘图.网页包含了所有台站的前兆数据,并且将数据进行分类,在单击台站分布图上的台站热点时,该台站的近期前兆观测曲线图将以网页形式展现出来.同时,每个台站的各个观测分量值也以列表形式排列在台站分布图的下方,其中包含了该分量最近1天、2天、1周、2周、1月的观测曲线,以及近一个月的观测数据的下载.当用户鼠标置于曲线图的任意点上时,可显示出该点对应的坐标值.并且所有曲线图网页均可以保存到本地使用.