面向快速可视化的城市三维模型数据管理与组织研究

作     者：刘天漪 

作者单位：国防科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：钟志农

授予年度：2017年

学科分类：12[管理学] 081603[工学-地图制图学与地理信息工程] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 081802[工学-地球探测与信息技术] 07[理学] 08[工学] 070503[理学-地图学与地理信息系统] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0705[理学-地理学] 0816[工学-测绘科学与技术] 

主      题：城市三维模型 快速可视化 数据管理 数据组织技术 空间数据库 内存数据库 

摘      要：传统的二维GIS无法满足人们对三维空间信息的需求,特别是在城市规划、噪声分析等实际应用领域,二维GIS逐渐显现其局限性。随着人们对三维空间信息的需求日益增长,以及计算机技术和虚拟现实技术的飞速发展,三维GIS从理论走向应用。三维模型数据的组织和管理以及三维可视化都是三维GIS应用的重要功能,然而由于三维模型数据结构复杂、数据量大,往往造成传输和绘制困难,进而影响可视化效率。在可视化的过程中,调用合适的模型进行绘制可以解决上述问题,因此需要建立合理的三维模型组织结构和管理方式,以优化模型调用机制,加速三维模型的可视化过程。对于大规模的三维模型场景来说,这种方法效果更加明显。基于上述思想,本文以城市三维模型数据为例,为提高城市三维模型场景的可视化效率,在模型管理和组织方面进行了研究。首先,研究了常用的三维模型数据格式,总结分析了不同格式模型数据的异同点,得到了一般三维模型抽象结构;除此之外还提出了带纹理的城市三维模型简化算法,并利用该算法生成混合LOD模型。其次,提出了基于空间数据库城市的三维模型数据管理方法,并设计了三维模型管理数据库,实现了对城市三维模型的元数据和真实模型数据的管理。其中真实模型数据包括生产、交换模型源数据以及适合WebGL绘制的表现数据。采用这种数据库结构存储三维模型,从整体上将不同阶段、不同用途的三维模型统一管理起来。再次,提出了基于分层的城市三维全场景组织结构。该方法的思想源于LOD-R树,但又解决了以往LOD-R树通常用来描述单一模型对象或模型场景不完整的问题。该方法的优点在于,模型对象按需求分层级被调用,减小了传输压力和绘制压力,提高可视化效率。最后,为提高城市三维模型数据库在面向Web的快速可视化应用中的访问性能,提出了基于内存数据库的城市三维模型缓存管理方法。其主要思想是将预判的表现模型作为缓存数据,按层级存储在内存数据库中,再通过web服务发布到浏览器客户端。该方法既能实现对表现模型进行简单管理,又能解决调用模型数据时产生的I/O瓶颈。对比实验表明,采用该方法管理三维模型的表现数据,能够缩短模型数据的调用时间,加快模型可视化的速度。