WebGL中在線動(dòng)態(tài)地圖服務(wù)框架的設(shè)計(jì)

彭清濤 孫海永

作者簡(jiǎn)介：彭清濤（1982—），男，本科，高級(jí)工程師，主要從事地理信息數(shù)據(jù)處理和地圖編制與出版研究。

摘 ?要：隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代電子地圖逐漸向信息傳輸、地圖顯示、動(dòng)態(tài)地圖等方面發(fā)展。因此，傳統(tǒng)的二維地圖已經(jīng)不能滿足社會(huì)的需要，需要不斷完善在線動(dòng)態(tài)地圖。基于瀏覽器技術(shù)的WebGL技術(shù)已經(jīng)成為一種新的工具，可以幫助Web實(shí)現(xiàn)新的地圖引擎功能。基于GIS技術(shù)，可以設(shè)計(jì)出實(shí)時(shí)、高效、可擴(kuò)展、安全可靠的地圖引擎。通過WebGL技術(shù)，可以繪制大量的矢量數(shù)據(jù)，這也可以提高服務(wù)器的加載速度。該文首先分析了在線動(dòng)態(tài)地圖的功能，進(jìn)而提出了相關(guān)算法，最后構(gòu)建了一個(gè)在線動(dòng)態(tài)地圖服務(wù)框架。

關(guān)鍵詞：WebGL ?在線動(dòng)態(tài)地圖 ?服務(wù)框架 ?數(shù)字高程模型

中圖分類號(hào)：P208 ????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?????文章編號(hào)：1672-3791（2021）12（c）-0000-00

Abstract： With the rapid development of wireless communication technology， modern electronic map has gradually changed to many aspects， such as information transmission， map display， dynamic map and so on. Therefore， the traditional two-dimensional map can’t meet the needs of society， which needs to constantly improve the online dynamic map. Based on browser technology， WebGL technology has become a new tool， which can help the web to realize new map engine functions. Based on GIS technology， we can design a real-time， efficient， scalable， safe and reliable map engine. Through WebGL technology， we can draw massive vector data， which can also improve the loading speed of the server. Firstly， this paper analyzes the function of online dynamic map. Then， this paper lists some algorithms. Finally， this paper constructs an online dynamic map service framework.

Key Words： WebGL; Online dynamic map; Service framework; DEM

社會(huì)信息化的快速發(fā)展和對(duì)空間信息需求的不斷增加，極大地推動(dòng)了地理信息服務(wù)的快速發(fā)展[1]。在線地圖不再局限于瀏覽、查詢和檢索的基本要求，已逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁┖Ａ繑?shù)據(jù)、快速顯示、動(dòng)態(tài)更新、可定制等功能。目前，GIS大多采用基于金字塔的矢量切片技術(shù)，要求用戶將數(shù)據(jù)上傳到國外服務(wù)器。基于數(shù)據(jù)安全的考慮，我國無法在國內(nèi)相關(guān)GIS領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，這大大增加了GIS的研發(fā)成本[2]。基于WebGL技術(shù)，可以從海量數(shù)據(jù)的可視化和動(dòng)態(tài)性方面尋求一個(gè)新的視角，解決矢量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸和渲染效率低下的問題。

基于WebGL技術(shù)，筆者開發(fā)了繪制地圖特征點(diǎn)、線和曲面的著色器，可以大大提高矢量切片地圖的渲染效率。通過WebGL技術(shù)，可以提高在線動(dòng)態(tài)地圖平臺(tái)的穩(wěn)定性，這已成為未來地圖服務(wù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。

1 動(dòng)態(tài)地圖的應(yīng)用領(lǐng)域

在線動(dòng)態(tài)地圖已經(jīng)成為人們生活中的一個(gè)重要工具，可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域。第一，旅游地圖服務(wù)。例如：百度地圖和谷歌地圖可以幫助人們解決定位、導(dǎo)航和其他服務(wù)，如旅游和旅游。第二，它嵌入到各種生活?yuàn)蕵贩?wù)應(yīng)用程序中。諸如rookie wrap和meituan等應(yīng)用程序在服務(wù)流程中嵌入了地圖，可以優(yōu)化應(yīng)用程序功能[3]。第三，公共場(chǎng)所的位置信息。交互式動(dòng)態(tài)地圖可應(yīng)用于購物中心、博物館、展覽館等公共場(chǎng)所，可提供特定位置的信息和服務(wù)。第四，科學(xué)和社會(huì)領(lǐng)域的信息和數(shù)據(jù)研究，包括地理、地質(zhì)和氣象勘探和數(shù)據(jù)分析。第五，游戲場(chǎng)景。許多游戲?qū)?gòu)建一個(gè)完整的虛擬世界，并使用地圖進(jìn)行顯示[4]。

2 與在線動(dòng)態(tài)地圖相關(guān)的數(shù)學(xué)算法

2.1 數(shù)字高程模型綜述

數(shù)字高程模型（DEM）是數(shù)字地形模型的一個(gè)子集，是地形的有限離散表示。DEM的數(shù)學(xué)表達(dá)式如公式1所示。

式中，X和Y表示地面點(diǎn)的二維坐標(biāo)，Z表示坐標(biāo)位置的點(diǎn)高程。數(shù)字高程模型的表達(dá)和組織非常簡(jiǎn)單，已廣泛應(yīng)用于三維GIS分析領(lǐng)域，如通視分析、三維透視、自動(dòng)地形分割等[5]。

2.2 數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)采集

在建立DEM模型之前，我們需要收集或測(cè)量地面點(diǎn)的三維信息。主要有以下幾種方法：地形圖數(shù)字化、地面測(cè)量、航空攝影測(cè)量和空間傳感器。目前，地形圖數(shù)字化和地面測(cè)量是最常用的方法，需要大量的人力。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，航空攝影測(cè)量和空間傳感器測(cè)量可以利用傳感器獲取空間信息數(shù)據(jù)，這已成為未來的發(fā)展方向[6]。

2.3 數(shù)字高程模型

獲取地形數(shù)據(jù)后，可以建立地形表面的表面模型，即DEM數(shù)據(jù)建模。DEM曲面通常由表1中的多項(xiàng)式函數(shù)表示。

3 在線動(dòng)態(tài)地圖服務(wù)框架設(shè)計(jì)

3.1 基于B/S模式的功能設(shè)計(jì)

該文主要分為客戶端和服務(wù)器端。客戶端主要提供三維場(chǎng)景漫游、場(chǎng)景快速可視化渲染、特征模型加載等功能。服務(wù)器主要提供數(shù)據(jù)預(yù)處理和存儲(chǔ)服務(wù)。系統(tǒng)功能如圖1所示。

3.2 在線動(dòng)態(tài)地圖服務(wù)框架

在線地理信息服務(wù)體系結(jié)構(gòu)決定了整個(gè)網(wǎng)格的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性，它定義了網(wǎng)格內(nèi)和網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)之間所有級(jí)別的協(xié)議和API。通過網(wǎng)格系統(tǒng)，我們可以實(shí)現(xiàn)在線動(dòng)態(tài)地圖服務(wù)框架，具體如圖2所示。

3.3 總體技術(shù)框架

基于地理信息三維交互可視化服務(wù)，該文可以對(duì)WebGL進(jìn)行三維可編程繪制過程，實(shí)現(xiàn)在線動(dòng)態(tài)地圖。基于WebGL的在線動(dòng)態(tài)地圖技術(shù)路線如圖3所示。

3.4 著色器編程

基于WebGL技術(shù)，我們編輯了OpenGL es，這是一個(gè)可編程的渲染管道。其中，頂點(diǎn)緩存和紋理對(duì)象是WebGL的核心內(nèi)容，支持處理參數(shù)（VBO、紋理）的渲染任務(wù)[7]。著色器編程技術(shù)如圖4所示。

4 結(jié)語

地理信息服務(wù)改變了人們的生產(chǎn)和生活方式，這對(duì)資源管理、土地規(guī)劃等多方面都提出了要求。隨著無線通信技術(shù)的進(jìn)步，在線動(dòng)態(tài)地圖服務(wù)將逐漸成為地理信息技術(shù)的核心，也將給人類的生活和工作帶來極大的方便和實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬炅妤，李平，周啟，等.WebGL在線動(dòng)態(tài)地圖服務(wù)框架設(shè)計(jì)[J].測(cè)繪通報(bào)，2019（1）：118-122.

[2] 王乃生，王凱，申傳慶.“天地圖·陜西”新冠肺炎疫情動(dòng)態(tài)地圖設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪技術(shù)裝備，2020，22（3）：84-86.

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