一種基于WEBGL技術(shù)的三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)格式

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1、一種基于WEBGL技術(shù)的三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)格式 摘要]針對(duì)WEBGL技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、電力GIS系統(tǒng)的特點(diǎn)提出了一種新的三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)格式，該格式有以下特點(diǎn)：對(duì)web環(huán)境友好、高可擴(kuò)展性、支持多圖層、支持LOD、遵循RESTAPI標(biāo)準(zhǔn)。 [關(guān)鍵詞]對(duì)web環(huán)境友好；高可擴(kuò)展性；LOD；多圖層REST；API 2021 [中圖分類號(hào)]G642.0[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1673-0194〔2021〕23-0162-04 0概述 隨著互聯(lián)網(wǎng)的開展、各大瀏覽器產(chǎn)商對(duì)WEBGL技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)支持，在WEB瀏覽器上就可以實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景交互，電力GIS系統(tǒng)也從傳統(tǒng)的三維地圖也從傳統(tǒng)的C/S模式逐步變成B/S模式

2、，本文針對(duì)WEBGL技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、電力GIS系統(tǒng)的特點(diǎn)提出了一種新的三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)格式，該格式有以下特點(diǎn)： 〔1〕對(duì)WEB環(huán)境友好，傳輸方便、可在瀏覽器端快速解碼、可按需請(qǐng)求資源； 〔2〕可擴(kuò)展，可持續(xù)擴(kuò)展，以便支持新的數(shù)據(jù)類型； 〔3〕支持多圖層； 〔4〕遵循RESTAPI標(biāo)準(zhǔn)； 〔5〕LOD。 1數(shù)據(jù)文件包含內(nèi)容 該格式的一份完整的數(shù)據(jù)包含了：元數(shù)據(jù)、圖層、矢量瓦片、地圖要素、符號(hào)等內(nèi)容以下為信息內(nèi)容。 〔1〕該格式的場(chǎng)景數(shù)據(jù)包含的元數(shù)據(jù)通過MetaInfo類來實(shí)現(xiàn)，該類型包含屬性如表1所示。 通過以上屬性可以獲取初步獲得該文件包含的場(chǎng)景數(shù)據(jù)信息，版本號(hào)標(biāo)識(shí)當(dāng)前格式的版本，la

3、yers屬性為包含的圖層ID號(hào)數(shù)組，通過該值可以進(jìn)一步獲取對(duì)應(yīng)圖層的信息。 〔2〕場(chǎng)景包含的圖層通過Layer類來實(shí)現(xiàn)，包含以下屬性如表2所示。 通過以上屬性可以獲得圖層的根本信息，其中最大、最小比例尺信息用來控制圖層的展示的比例尺范圍，xmin、ymin、xmax、ymax描述了圖層在場(chǎng)景中的矩形邊界，CRS表示邊界坐標(biāo)采用的坐標(biāo)系，TileSize表示圖層瓦片的大小，為一個(gè)正方形區(qū)域，單位為像素，DPI表示分辨率。柵格瓦片是在地圖中最常用的一種瓦片格式，通過切換層級(jí)加載不同的瓦片來實(shí)現(xiàn)LOD，而本文中描述的數(shù)據(jù)格式使用矢量瓦片，矢量瓦片具有這樣的特點(diǎn)，地圖縮放時(shí)在客戶端實(shí)時(shí)繪制，不會(huì)隨

4、地圖的縮放而失真，在不同比例尺下都可以使用同一張瓦片。因此本文描述的數(shù)據(jù)格式圖層只有一個(gè)層級(jí)，結(jié)合上述的圖層的屬性可以計(jì)算出各個(gè)瓦片的行、列號(hào)。瓦片通過以Tile類來實(shí)現(xiàn)。 〔3〕Tile類包含信息如表3所示。 瓦片在本文中描述的數(shù)據(jù)格式中的主要作用是快速獲取當(dāng)前地圖所需要繪制的要素集合。根據(jù)當(dāng)前地圖邊界信息調(diào)用WFS效勞獲取要素的一個(gè)缺點(diǎn)是，效勞器端需要?jiǎng)討B(tài)的生成要素集合。而矢量瓦片由于確定了邊界可以實(shí)現(xiàn)預(yù)生成、緩存，從而大幅度降低對(duì)效勞器的性能要求。 〔4〕要素通過Feature類來實(shí)現(xiàn)，包含信息如表4所示。 Properties屬性值為鍵值對(duì)表，包含了要素的一系列信息，lod屬性

5、描述了要素在不同比例尺下繪制時(shí)需要的信息。詳情見LOD類的設(shè)計(jì)，geometry屬性描述要素的地理空間信息。 〔5〕LOD類包含的信息如表5所示。 LOD技術(shù)在地圖繪制中起至關(guān)重要的作用，通常LOD切換分兩種，一種是在不同比例尺下繪制不同的要素，如CITYGML格式將要素進(jìn)行了劃分，要素之間存在父子關(guān)系。另外一種是對(duì)同一要素使用上下模來繪制，本文采用后一種模式。前一種方式也可以通過控制不同圖層的比例尺范圍來實(shí)現(xiàn)。同一個(gè)要素可以根據(jù)上述的LOD列表，在不同比例尺范圍下使用不同的模型來繪制。 〔6〕繪制要素需要的符號(hào)通過Symbol類來實(shí)現(xiàn)，該類包含信息如表6所示。 〔7〕符號(hào)需要的材質(zhì)資

6、源、材質(zhì)對(duì)應(yīng)的參數(shù)由Group類實(shí)現(xiàn)，該類型包含信息如表7表示。 三維場(chǎng)景中需要的數(shù)據(jù)類型多種多樣，為了具有高擴(kuò)展性符號(hào)通過接口來描述，符號(hào)數(shù)據(jù)通過Javascript函數(shù)統(tǒng)一獲取。在WEB瀏覽器端只要實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)的接口便可以支持新的數(shù)據(jù)類型。在電力GIS系統(tǒng)中，要素的幾何類型主要分為點(diǎn)和線兩種，桿塔、斷路器、變電站等設(shè)備的位置信息通過中心點(diǎn)所在的經(jīng)緯度、高程來描述。架空線、電力電纜、電器連接線的位置信息通過折線坐標(biāo)來描述，繪制地圖所需的符號(hào)，對(duì)于不同的要素類型可以有不同的實(shí)現(xiàn)方式。 〔1〕直接模式：通過直接存儲(chǔ)頂點(diǎn)的坐標(biāo)，這個(gè)方式適合復(fù)雜要素，如桿塔、開關(guān)等，數(shù)據(jù)可以通過建模軟件制作的模型

7、轉(zhuǎn)換生成。 〔2〕間接模式：通過公式描述如貝塞爾曲線可以使用公式，引用此類型符號(hào)的要素通過調(diào)用函數(shù)，從而間接動(dòng)態(tài)生成頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，這個(gè)方法適合頂點(diǎn)坐標(biāo)規(guī)律性比較強(qiáng)的要素，比方架空線，可以根據(jù)其物理特性、環(huán)境因素生成頂點(diǎn)信息，兩種模式都可以使用上述的接口。 以上各類的關(guān)系如圖1所示。 2數(shù)據(jù)的訪問方法和返回格式 數(shù)據(jù)全部通過RESTAPI獲取，設(shè)定以下訪問方式： path/root，path為URL路徑，以下相同。 〔1〕path/root/metainfo/獲得場(chǎng)景數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)按以JSON的格式返回格式如下， { name：效勞名稱， descriptions：描述， laye

8、rs：[0..n]， } 〔2〕path/root/layer/0....n，通過上一步可以獲得場(chǎng)景包含的所有圖層ID，通過該節(jié)點(diǎn)那么可以訪問對(duì)應(yīng)ID的圖層信息，圖層信息按JSON格式返回，格式如下， { Layerid：n， LayerName：〞圖層名稱〞， LayerInfo：〞xxx圖層，copyright....〞， Maxscale：N，//數(shù)值 Minscale：M，//數(shù)值 Vesion：1.0， TileSize：512， DPI：96， CRS：EPSG：4326， Basescale：X，//數(shù)值 xmin：a， xmax：b， ymi

9、n：c， ymax：d， } 〔3〕path/root/layer/n/row/col/通過上一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)請(qǐng)求所需要的切片，其中n表示層級(jí)，row為行號(hào)，col列號(hào)為非負(fù)整數(shù)，以Google開源的protobuf的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行編碼，該格式的特點(diǎn)是基于二進(jìn)制，比傳統(tǒng)的XML表示同樣一段內(nèi)容要短小得多，效率比XML和JSON都高。由于protobuf文件格式可讀性差，因此以下以等價(jià)的JOSN格式說明， { count：n，//整數(shù)表示包含的要素總量 features：[ {id：m，properties：{“name1〞：〞value1〞，...，“namen〞：〞val

10、uen〞}，geometry：{type：〞xxx〞，coordinates：xxxx}，lod：[ {symbolid：123，fromindex：0，toindex：1024，minSacle：10000，maxSacle：1000，id：1}， {symbolid：456，fromindex：0，toindex：2048，minSacle：1000，maxSacle：100，id：2}， {symbolid：789，fromindex：0，toindex：20480，minSacle：100，maxSacle：50，id：3}，.... ]}]} 〔4〕path/root/sy

11、mbol/0....n通過上一步的節(jié)點(diǎn)可以獲得切片內(nèi)部包含的要素，進(jìn)而可以獲得繪制要素需要的符號(hào)資源，其中n為符號(hào)ID非負(fù)整數(shù)，返回Javascript腳本文件，該文件包含以下格式的函數(shù)， vargettype=function〔〕{........}， vargetPositions=function〔〕{.....}， vargetNormals=function〔〕{....}， vargetUV=function〔〕{....}， vargetGroups=function〔〕{.....} 主要參考文獻(xiàn) 【1】聶曉旭，于鳳芹，欽道理.基于Protobuf的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2021，24〔8〕. 【2】王金峰，姚國(guó)清.三維模型文件中的OBJ格式在OpenGL中的輸入與處理[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2021，7〔4〕. 【3】JohnCongote，AlvaroSegura，LuisKabongo，etal.InteractiveVisualizationofVolumetricDatawithWebGLinReal-time[C]//Proceedingsofthe16thInternationalConferenceon3DWebTechnology，NY，2021：137-146.