基于MapGIS IGServer的二三維一體化人體經絡信息系統設計

吳德華，楊 冰，傅偉軍

(湖南城市學院城市規劃信息技術重點實驗室，湖南益陽 413000）

基于MapGIS IGServer的二三維一體化人體經絡信息系統設計

吳德華，楊 冰，傅偉軍

(湖南城市學院城市規劃信息技術重點實驗室，湖南益陽 413000）

一、引 言

人體經絡由經脈和絡脈組成，經脈是經絡系統的主干，絡脈是經脈的分支，經絡是氣血運行的通路，將人體的內臟、體表等各個部分聯結為一個整體，而穴位就是這些通路上的重要點位，具有多層次、多組分的特點，是一個復雜的空間系統[1-2]。因此，利用掛圖、石膏模型等傳統方式無法準確表現經絡的結構和空間分布，也限制了經絡知識面向公眾的普及[3]。

隨著計算機和傳感器技術的快速發展，為經絡信息化奠定了基礎。早在20世紀90年代，余輪[4]就提出應用計算機圖形學、三維動畫制作等方法建立人體經絡模型。陳國棟[5]結合計算機圖形技術，采用OSG為圖形開發庫，選擇VC.NET為開發環境，構建三維人體經絡信息可視化平臺。鄭旭東[6]將人體經絡系統應用于互聯網，為縮短傳輸響應時間，提出上下文感知計算的三維場景傳輸，使系統響應性和網絡帶寬利用率得到提高。在傳感器方面，陳新、沈金志等[7-8]利用經絡阻抗檢測儀獲得人體經絡在體表的平面坐標，通過磁場跟蹤器得到經絡的三維坐標，實現了人體經絡在現場人體體表圖像上的實時準確顯示。綜上所述，當前的人體經絡信息系統在經絡位置信息獲取、三維可視化顯示和互聯網共享等方面技術較成熟，在一定程度上克服了掛圖和石膏模型的缺點，但作為一個復雜的空間系統，在空間分析方面仍顯不足。

人體經絡系統與城市公交系統相似，都是由點、線、面等空間要素構成，可以將穴位看成公交站點，將經絡線看成公交線路，將體表看成城市表面，將人體看成整個城市系統。因此，借鑒城市公交地理信息系統的先進技術實現對人體經絡信息的高效管理。本文以當前的人體經絡信息化研究成果為基礎，提出了當前流行的WebGIS開發方式，即采用MapGIS IGServer作為WebGIS開發平臺，運用Flex和搭建式二次開發技術，設計二三維集成的人體經絡信息系統，促進經絡知識的推廣和應用。

二、MapGIS IGServer開發平臺

MapGIS IGServer是由中地數碼公司推出的基于SOA技術的一款全新互聯網GIS開發平臺，具有跨平臺、多模式、易擴展、開放式等特點[9]。MapGIS IGServer以MapGIS數據中心集成開發平臺為基礎，采用面向服務的懸浮倒掛式平臺架構，支持.NET和Java兩種開發環境，提供了JavaScript、Flex、Silverlight、搭建式4種二次開發方式和二三維集成管理策略，實現了二三維數據的一體化管理，如圖1所示。

圖1 二三維集成管理

MapGIS IGServer采用柔性設計理念，以搭建式開發為主，JavaScript、Flex、Silverlight開發為輔的二次開發模式，提供了一個“零編程、巧組合、易搭建”的可視化開發環境[10]。搭建式開發就是將WebGIS集成到搭建平臺中，把滿足業務需求的工作采用拖拽插件的形式進行資源配置，實現系統業務的定制，快速搭建原型系統[11-12]。Flex與Silverlight開發采用主流的RIA模式，以功能強大的Flex或Silverlight為基礎，對開發接口進行全面整合，在提高開發效率的同時提供炫麗的視覺體驗。JavaScript開發分為J2EE和.NET兩大體系，采用Java或.NET進行服務器端開發，以JavaScript(Ajax）方式進行客戶端編碼式開發。

三、數據采集與處理

1.數據采集

將傳感器技術應用于經絡穴位的空間定位，為經絡數據采集提供了保障。目前較成熟的方法是采用經絡測試儀得到穴位的位置，用3傳感器/6自由度的磁場跟蹤儀獲得穴位的三維坐標，如圖2所示[2]。

圖2 人體經絡數據獲取

2.數據處理

依據人體經絡系統的空間特性，參照城市公交數據的處理和組織方式，對人體經絡數據按穴位點、經絡線、體表面及區域等不同專題以目錄樹的形式進行分層處理與組織[13]。

人體經絡數據處理用到的主要平臺是MapGIS K9地圖編輯器和Geodatabase企業管理器，并結合SQL Server、Access等關系數據庫管理系統管理穴位、經絡的空間、屬性信息。首先將采集的人體經絡圖片導入企業管理器建立的人體經絡空間數據庫中，然后在地圖編輯器中打開柵格圖片，從視覺的角度，將人體分為正面、背面、側面和頭部、軀干、四肢等不同的圖層，最后根據獲得的穴位點坐標，確定穴位在圖層中的位置，按不同經絡連接穴位，實現經絡線的矢量化，得到人體經絡圖，如圖3所示。

圖3 人體經絡數據處理界面

3.三維建模

采集的人體各個部位的圖片利用Photoshop軟件對其進行處理，為三維建模后進行貼圖備用。整理穴位屬性數據，建立Access人體經絡穴位數據庫(如圖4所示），便于在三維場景平臺中對三維人體經絡模型進行關聯操作。

圖4 人體經絡穴位數據庫

建模采用Auto CAD對人體經絡圖進行矢量化，將CAD格式的人體經絡數據導入到3ds Max中，將頂視圖、前視圖、左視圖、透視圖中的底圖按比例進行調整，形成高度適宜的實體模型。依據建立好的人體模型給人體表面貼上紋理，以此獲得良好的視覺效果，如圖5所示。

圖5 人體經絡三維建模

四、人體經絡信息系統設計

1.人體經絡信息系統架構設計

人體經絡信息系統采用面向服務的4層體系架構，以數據中心為內核，提供人體經絡空間數據和功能服務，如圖6所示。

圖6 人體經絡信息系統體系架構

用戶層可以在多種平臺運行，通過HTTP進行通信直接連接到IGServer，構建基于IGServer的Web應用，將人體經絡信息展示在用戶瀏覽器上。

服務層是整個人體經絡信息系統架構的核心，包括MapGIS WebService、OGC(開放地理空間信息聯盟）服務及第三方Web服務接口。用戶層以瀏覽器的方式發送服務請求，Web服務經過響應、接收請求后，將處理結果返回給客戶端。

基礎內核層以數據中心集成開發平臺為核心，通過數據倉庫和功能倉庫提供基礎數據和功能服務，并負責實現用戶層與數據層之間的通信。

數據層為系統提供基礎數據支持，包括人體經絡的空間及屬性數據。人體經絡數據庫不僅有HDF文件數據庫，還包括SQL Server、Access等數據源的數據。IGServer使用SDE(空間數據庫引擎）技術實現了異構數據的一體化管理。

2.人體經絡信息系統功能設計

根據用戶對穴位查詢、空間分析和瀏覽的需求，將人體經絡信息系統分為二維人體經絡查詢分析子系統和三維瀏覽子系統，主要功能模塊包括圖形顯示、圖形編輯、數據查詢、視圖分析、三維瀏覽等功能模塊。圖形顯示模塊主要包括對人體經絡圖的放大、縮小、刷新、鷹眼等操作；圖形編輯模塊允許用戶在人體經絡圖中自主添加穴位點，并輸入穴位信息保存在數據庫中，也可以刪除點位信息，以滿足經絡教學的需要；數據查詢模塊使用戶能準確找到穴位的位置并了解穴位的主要功能和治療方式，具體包括點擊查詢、拉框查詢、多邊形查詢、條件查詢、點擊條件查詢、拉框條件查詢、多邊形拉框查詢等；視圖分析模塊主要用于臨床診斷的輔助決策，包括穴位緩沖區分析、反射區分析、經絡循行模擬和數據統計等功能；三維瀏覽模塊為用戶提供了一個真實的人體經絡環境，通過鼠標操作可以實現三維人體經絡模型的旋轉、放大、縮小、平移等操作。功能如圖7所示。

圖7 系統功能模塊

五、人體經絡原型系統實現

人體經絡信息系統以MapGIS K9 IGServer為地圖服務平臺，結合Flex和搭建式二次開發技術，采用快速原型法快速構建一個系統原型，在用戶與軟件開發者試用原型過程中不斷加強通信與意見反饋，反復評價、修改，完善系統原型，最終得到使用戶滿意的二三維一體化人體經絡信息系統。二維子系統主要用于信息查詢和空間分析輔助決策，如圖8所示。三維子系統主要經絡用于瀏覽，如圖9所示。

圖8 二維人體經絡信息子系統查詢界面

圖9 三維人體經絡信息子系統瀏覽界面

六、結束語

本文借鑒城市公交地理信息系統的構建方法，分層處理人體經絡空間數據，采用面向服務的多層體系架構，綜合使用Flex、搭建式開發方法，實現了二三維一體化的人體經絡信息系統，在滿足經絡信息查詢和空間分析輔助決策的同時，為用戶提供逼真的三維人體經絡環境。

[1]黃洪海，陳國棟，劉鳳霞，等.人體經絡系統中的個性化信息服務研究[J].計算機與數字工程，2011，258(39）：59-62.

[2]李鵬鋒，陳新.基于圖形變換的人體經絡可視化[J].計算機應用，2011，31(11）：3035-3037.

[3]鄭紹華，陳國棟，林偉明，等.人體經絡循經感傳的三維虛擬仿真研究與實現[J].計算機仿真，2008，25(11）：251-255.

[4]余輪，蔡光東，周霆，等.人體經絡的三維數據模型和動畫顯示方法研究[J].中國圖象圖形學報，1997，2(1）：32-37.

[5]陳國棟，余輪.基于OSG的人體經絡信息可視化平臺[J].微計算機信息，2009，25(3）：172-174.

[6]鄭旭東，陳國棟，余輪.人體經絡系統中的三維場景傳輸策略研究[J].計算機工程與應用，2010，46(10）：51-53.

[7]陳新.采用圖像匹配和三維跟蹤器的人體經絡可視化方法[J].中國組織工程研究，2012，16(17）：3143-3147.

[8]沈金志，陳新.人體皮膚經絡定位與成像系統的研究[J].計算機工程與應用，2012，48(6）：60-62.

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[10]吳信才.數據中心集成開發技術：新一代GIS架構技術與開發模式[J].中國地質大學學報，2009，34(3）：540-546.

[11]吳信才，張成，于海燕.搭建式GIS軟件開發及其對軟件工程的影響[J].測繪科學，2010，35(4）：157-159.

[12]王波，周順平，楊林.搭建式軟件開發技術研究與應用[J].計算機應用與軟件，2010，27(5）：48-50.

[13]姬偉，吳信才，曹春香.國土資源數據中心動態目錄樹研究[J].測繪通報，2012(2）：74-76.

Design on Two and Three Dimensional Integrated Human Meridian Information System Based on MapGIS IGServer

WU Dehua，YANG Bing，FU Weijun

人體經絡是一個與城市公交系統特點相似的空間系統，可以借鑒城市公交地理信息系統的先進技術實現對人體經絡信息的高效管理。針對人體經絡信息化建設在空間分析方面的不足，本文提出應用WebGIS開發方式為用戶提供強大的空間分析輔助決策能力。系統選用先進的MapGIS IGServer作為開發平臺，按專題分層組織空間數據，以數據中心為內核，采用面向服務的4層體系架構，運用Flex和搭建式二次開發技術，實現了對經絡信息的查詢定位、反射區分析、三維瀏覽等功能。試驗結果表明，該系統不僅克服了當前主流人體經絡信息系統空間分析能力弱的不足，而且實現了二三維人體經絡信息系統的一體化，能夠滿足不同用戶的需求，為構建人體經絡信息系統提供了一種新方法。

三維；WebGIS；經絡；空間分析

P208

B

0494-0911(2014）10-0121-04

2014-07-29

湖南省教育廳科學研究一般項目(13C109）；湖南省高校創新平臺開放基金(13K114）；湖南省自然科學基金(13JJ6073）

吳德華(1976―），男，湖南岳陽人，博士，講師，主要從事空間決策支持研究。

吳德華，楊冰，傅偉軍.基于MapGIS IGServer的二三維一體化人體經絡信息系統設計[J].測繪通報，2014(10）：121-124.

10. 13474/j.cnki.11-2246.2014.0347