基于属性分离的空间大数据三维可视化方法及平台技术

本发明专利技术公开了基于属性分离的空间大数据三维可视化方法及平台。本发明专利技术的基于属性分离的空间大数据三维可视化方法，建立了空间大数据三维可视化平台。通过矢量数据瓦片块的服务方式较好的控制了一次性进入三维渲染循环的数据总量；通过数据预处理优化策略，减轻了三维渲染时对于数据转换的CPU等计算机资源消耗；通过渲染图元数据模型优化策略，对场景中活动结点所表示的数据瓦片块进行可见性判定，只反馈数据实体对象的矢量拓扑结构信息，较好的平衡了空间大数据数据吞吐量与三维渲染帧率的问题。同时，为了能够在可视化场景中满足业务数据交互和分析的需要，采用嵌入式空间数据库缓存数据的解决方案，做到数据分离。

3D visualization method and platform for spatial big data based on attribute separation

The invention discloses a 3D visualization method and platform for spatial large data based on attribute separation. The 3D visualization method of spatial big data based on attribute separation is established in this invention, and the 3D visualization platform for large spatial data is established. Through the service mode of the vector data tile block, the total amount of data entering the three dimensional rendering cycle is controlled well. Through the data preprocessing optimization strategy, the CPU and other computer resource consumption for the data conversion are reduced when the 3D rendering is used. The data tile block shows the visibility determination, only feedback the vector topology information of the data entity object, and better balance the problem of the space large data throughput and the 3D rendering frame rate. At the same time, in order to meet the needs of the interaction and analysis of business data in the visual scene, the solution of the embedded spatial database caching data is adopted to separate the data.

【技术实现步骤摘要】
基于属性分离的空间大数据三维可视化方法及平台
本专利技术涉及空间大数据三维可视化，尤其涉及基于属性分离的空间大数据三维可视化方法及平台。
技术介绍
空间数据库指的是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储的与应用相关的地理空间数据的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。空间数据库的研究始于20世纪70年代的地图制图与遥感图像处理领域，其目的是为了有效地利用卫星遥感资源迅速绘制出各种经济专题地图。由于传统的关系数据库在空间数据的表示、存储、管理、检索上存在许多缺陷，从而形成了空间数据库这一数据库研究领域。而传统数据库系统只针对简单对象，无法有效的支持如图形、图像等复杂对象。空间大数据，是大数据与空间数据库的融合体。随着空间大数据的不断增长和三维地理信息可视化技术的不断发展，对于空间大数据信息可视化的要求日益提高。空间大数据中隐含了方方面面的信息，这是空间大数据信息的价值所在，因此在可视化实现中除了要求能够完成海量数据的高效可视化外，同时要求能够及时、快速、准确的反馈空间大数据的背后的信息量。在三维地理信息可视化中，存在两类空间大数据：一类是以栅格数据为基础的作为地球表面材质展现的空间大数据，其渲染逻辑相对成熟；另一类是以矢量数据作为球上业务载体的空间大数据，因其拓扑结构信息的复杂性和附加属性信息的不确定性，其展现效果并不理想。矢量空间大数据可视化，首先应该能够应对海量数据的快速可视化表达，其在空间大数据三维可视化平台上通过点、曲线、多边形等表达其拓扑结构信息，而其他空间大数据附加的信息内容，通常是通过弹窗、联动联合的方式进行可视化表达。传统的矢量空间大数据的可视化表达，如图1所示，是将矢量空间大数据中的各个数据体内容进行颗粒度划分，并将单个数据体的内容抽象成面向对象数据模型。新建矢量空间大数据对象渲染逻辑，对各个对象抽象其匹配的图元渲染模型，其本质是将所有信息内容调度到计算机内存中，进行空间大数据的可视化表达。该方案将可视化对象的显示与隐藏逻辑，交予底层三维渲染引擎来处理——通过背面剔除、遮挡等逻辑，判断图元内容是否在三维引擎的视窗体内，如果存在于视窗体内，则进行显示，否则隐藏。对于与用户交互操作的矢量空间数据对象，通过高亮显示逻辑执行三维地理信息平台可视化，并在空间数据详细信息展示体系中进行其他附加信息的展示。该种方案能够正确的表达矢量空间大数据中独立个体的信息内容，然而随着数据量的激增，矢量空间大数据三维可视化平台所消耗的系统资源急剧上升，势必将造成整体系统的卡顿，严重降低系统的最终用户体验。矢量空间大数据流模式可视化表达，如图2所示，是在传统矢量空间大数据可视化表达方案的基础之上，增加了可视化数据调度线程，能够通过三维引擎视窗口的范围(一般会对视窗口当前范围做一定的延伸)，将要执行可视化逻辑的矢量空间大数据对象进行可视化对象模型数据实例化，根据渲染逻辑，对各个对象抽象其匹配的图元渲染模型，进行空间大数据的可视化表达。三维引擎渲染主线程负责执行三维地理信息球的可视化逻辑，每个空间大数据图层对应着独立的数据调度线程，每一次三维视窗体的变动，都要求数据调度线程重新组织本图层的渲染数据集合，然后交予三维引擎渲染主线程进行渲染。对于与用户交互操作的矢量空间数据对象，通过高亮显示逻辑执行三维地理信息平台可视化，并在空间数据详细信息展示体系中进行其他附加信息的展示。该方案在一定程度上，减少了基础三维地理信息平台渲染时维持的对象总量，有利于提高三维基础地理信息平台可视化的渲染效率。但随着空间大数据内容的不断增大，以及空间大数据类别(通常被划分为数据图层)的增多，也会降低底层三维渲染引擎的渲染效率。
技术实现思路
为了解决上述技术所存在的不足之处，本专利技术提供了基于属性分离的空间大数据三维可视化方法。为了解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案是：基于属性分离的空间大数据三维可视化方法，包括以下步骤：(1)数据预处理：对矢量空间大数据进行切片，制作多层多级瓦片金字塔结构的矢量切片数据组织模型，通过数据瓦片块的服务方式供空间大数据三维可视化平台使用；(2)数据调取：建立数据渲染引擎和数据调度引擎，持续执行以下的消息循环：①数据判定：随着场景相机视点的变动，利用数据渲染引擎对场景中活动结点所表示的数据瓦片块进行可见性判定；如果该数据瓦片块于视窗体域之内可见，并且该结点所包含的数据瓦片块不在数据池缓冲区缓存之中，则执行请求数据,进入步骤②；如果该数据瓦片块可见，并且该结点所包含的数据瓦片块存在于数据池缓冲区缓存中，则直接从缓存中调度,进入步骤④；如果该数据瓦片块不可见，则跳过继而执行下个循环；②请求数据：数据调度引擎读取数据瓦片载入请求缓冲区的非缓存数据瓦片的参数，从数据瓦片服务处进行数据调度；③数据反馈：数据调度引擎从数据瓦片服务处得到数据瓦片块的数据反馈，并提交到数据池缓冲区；④数据提取：数据调度引擎对数据池缓冲区的数据瓦片块的拓扑数据进行提取，只反馈数据实体对象的矢量拓扑结构信息；⑤数据缓冲池在每次数据缓存时，将其拓扑结构信息换成三维渲染引擎所能识别的最优化的图元结构数据模型；在数据缓冲池中的数据记录上增加优化后的图元结构数据模型字段；(3)数据渲染：利用渲染引擎对步骤(2)调取的数据进行渲染，并最终实现数据对象的三维可视化。进一步地，步骤(1)中，矢量空间大数据切片的过程，采用Web墨卡托投影的方式。进一步地，步骤(2)中，②请求数据采用数据优先调度策略，以坐标范围中心瓦片块起始，根据逆时针由内向外进行建立数据片调度优先级，从数据瓦片服务处进行数据调度。进一步地，步骤(2)中，②请求数据通过多工作线程机制，从数据瓦片服务处进行数据调度。进一步地，步骤(3)中，以一个瓦片数据块中同类图元结构数据模型的所有数据，划分成一个数据Mesh，通过渲染开始——数据Mesh构建——渲染结束的逻辑过程，完成一次渲染操作。进一步地，步骤(3)中，渲染引擎将渲染后的模型数据送至图形处理器进行绘制，实现数据对象的三维可视化。进一步地，步骤(2)中，⑤数据缓冲池在数据缓存时，采用四叉树空间索引策略。进一步地，本专利技术的内容还包括按上述方法建立的空间大数据三维可视化平台。进一步地，该空间大数据三维可视化平台，还包括属性维护信息查询附加线程，所述属性维护信息查询附加线程由属性维护引擎执行查询分析属性信息数据功能。属性维护信息查询附加线程也可以由数据调度引擎负责。进一步地，用于三维可视化的矢量拓扑结构信息数据与用于查询分析的属性信息数据之间以数据空间索引方式相连接。本专利技术的基于属性分离的空间大数据三维可视化方法，建立了空间大数据三维可视化平台。通过数据瓦片块的服务方式较好的控制了一次性进入三维渲染循环的数据总量；通过数据预处理优化策略，减轻了三维渲染时对于数据转换的CPU等计算机资源消耗；通过图元数据模型优化策略，对场景中活动结点所表示的数据瓦片块进行可见性判定，只反馈数据实体对象的矢量拓扑结构信息，较好的平衡了空间大数据数据吞吐量与三维渲染帧率的问题。同时，为了能够在可视化场景中满足业务数据交互和分析的需要，采用嵌入式空间数据库缓存数据的解决方案，做到数据分离。本专利技术借鉴影像数据的处理方式，对于矢量数据在执行可视化逻辑本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于属性分离的空间大数据三维可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)数据预处理：对矢量空间大数据进行切片，制作多层多级瓦片金字塔结构的矢量切片数据组织模型，通过数据瓦片块的服务方式供空间大数据三维可视化平台使用；(2)数据调取：建立数据渲染引擎和数据调度引擎，持续执行以下的消息循环：①数据判定：随着场景相机视点的变动，利用数据渲染引擎对场景中活动结点所表示的数据瓦片块进行可见性判定；如果该数据瓦片块于视窗体域之内可见，并且该结点所包含的数据瓦片块不在数据池缓冲区缓存之中，则执行请求数据,进入步骤②；如果该数据瓦片块可见，并且该结点所包含的数据瓦片块存在于数据池缓冲区缓存中，则直接从缓存中调度,进入步骤④；如果该数据瓦片块不可见，则跳过继而执行下个循环；②请求数据：数据调度引擎读取数据瓦片载入请求缓冲区的非缓存数据瓦片的参数，从数据瓦片服务处进行数据调度；③数据反馈：数据调度引擎从数据瓦片服务处得到数据瓦片块的数据反馈，并提交到数据池缓冲区；④数据提取：数据调度引擎对数据池缓冲区的数据瓦片块的拓扑数据进行提取，只反馈数据实体对象的矢量拓扑结构信息；⑤数据缓冲池在数据缓存时，将其拓扑结构信息换成三维渲染引擎所能识别的最优化的图元结构数据模型；在数据缓冲池中的数据记录上增加优化后的图元结构数据模型字段；(3)数据渲染：利用渲染引擎对步骤(2)调取的数据进行渲染，并最终实现数据对象的三维可视化。...

【技术特征摘要】
1.基于属性分离的空间大数据三维可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)数据预处理：对矢量空间大数据进行切片，制作多层多级瓦片金字塔结构的矢量切片数据组织模型，通过数据瓦片块的服务方式供空间大数据三维可视化平台使用；(2)数据调取：建立数据渲染引擎和数据调度引擎，持续执行以下的消息循环：①数据判定：随着场景相机视点的变动，利用数据渲染引擎对场景中活动结点所表示的数据瓦片块进行可见性判定；如果该数据瓦片块于视窗体域之内可见，并且该结点所包含的数据瓦片块不在数据池缓冲区缓存之中，则执行请求数据,进入步骤②；如果该数据瓦片块可见，并且该结点所包含的数据瓦片块存在于数据池缓冲区缓存中，则直接从缓存中调度,进入步骤④；如果该数据瓦片块不可见，则跳过继而执行下个循环；②请求数据：数据调度引擎读取数据瓦片载入请求缓冲区的非缓存数据瓦片的参数，从数据瓦片服务处进行数据调度；③数据反馈：数据调度引擎从数据瓦片服务处得到数据瓦片块的数据反馈，并提交到数据池缓冲区；④数据提取：数据调度引擎对数据池缓冲区的数据瓦片块的拓扑数据进行提取，只反馈数据实体对象的矢量拓扑结构信息；⑤数据缓冲池在数据缓存时，将其拓扑结构信息换成三维渲染引擎所能识别的最优化的图元结构数据模型；在数据缓冲池中的数据记录上增加优化后的图元结构数据模型字段；(3)数据渲染：利用渲染引擎对步骤(2)调取的数据进行渲染，并最终实现数据对象的三维可视化。2.根据权利要求1所述的基于属性分离的空间大数据三维可视化方法，其特征在于：所述步骤(1)中，矢量空间大数据切片过程，采用Web墨卡托投影的方式...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐焕祥，杨晓冬，梁斯东，
申请(专利权)人：适普远景遥感信息技术北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11