CN101827097A - 基于空间实体视图模型的矢量数据的自适应渐进传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于空间实体视图模型的自适应渐进传输的方法，利用建立在服务器端和客户端的模型进行增量数据的选出和插入，本发明的有益效果主要体现在：不需要对原始数据进行预处理。能确保任意复杂的矢量数据进行渐进传输过程中，始终保持矢量数据本身及矢量数据之间空间关系的正确显示。能确保根据矢量数据在客户端显示的放大比例进行自适应渐进传送。增量数据获取方法、增量数据的插入方法均计算量小，满足大规模矢量数据在网络环境下的实时自适应渐进传输。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于空间实体视图模型的矢量数据的自适应渐进传输方法，属于空间信息技术、计算机图形学、虚拟现实技术和计算机操作系统等领域。
背景技术
随着空间信息技术的快速发展，获取的高分辨率、高精度的空间数据成为可能，基于网络的空间信息的广泛应用给GIS的发展和应用带来了机遇，也带来了挑战。相对现有的网络带宽的增加而言，空间信息传输的数据量呈爆炸式增长。为了能够按需传输和减少网络延时，解决高精细地图的海量矢量数据的实时自适应快速传输和显示问题的重要途径之一是空间数据的渐进传输。空间数据分为栅格数据和矢量数据两大基本数据结构。栅格数据的分块渐进传输已经有较完善的解决方案，而矢量对象间的空间关系复杂，也不适合采用分块方法，因此，目前渐进传输的研究进展不尽人意，存在以下几个问题：1、矢量数据渐进传输的关键技术之一是矢量数据化简，目前矢量数据渐进传输的化简方法都是基于道格拉斯——普克法(Douglas-Peucker)方法，该方法计算量大，效率比较低，难以满足大规模矢量数据的实时化简，该方法最大的缺陷是没有考虑矢量数据之间的空间关系，不能保证所有经化简后的矢量数据之间的空间关系的正确显示。2、需要对原始数据进行预处理，按多尺度分层存储，如果原始数据发生改变，则需要重新处理，即增加了存储空间，又不能根据矢量数据在客户端显示的放大比例进行无损显示(原始数据和渐进传送的数据显示的效果是一样的)的渐进传送，即不能做到自适应渐进传送。3、传输时增加了大量的控制信息，使得矢量数据从开始渐进传输，直到原始数据被重建，总共传输的数据量大大超过了原始的数据量。其中不能确保任意复杂的矢量数据进行渐进传输过程中，始终保持矢量数据本身及矢量数据之间空间关系的正确显示，是制约矢量数据渐进传输实用化的关键性问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述的技术问题，提供一种不需要对原始矢量数据进行预处理；能确保任意复杂的矢量数据进行渐进传输过程中，始终保持矢量数据本身及矢量数据之间空间关系的正确显示；能确保根据矢量数据在客户端显示的放大比例进行自适应渐进传送；该发明中的化简方法、增量数据获取方法、增量数据的插入方法均计算量小，满足大规模矢量数据在网络环境下的实时自适应渐进传输。
本发明基于如下原理：从视图的角度，在视图窗口大小确定的情况下，无论多么精细、多么海量的空间数据，所需要的最大数据量是恒定的，就是用于填充完视图窗口的全部像素所需的空间数据。当地图缩小时，视图窗口范围内显示的矢量数据增多，但每个矢量数据显示到屏幕上填充的像素个数减少(矢量数据显示的图形比较小)，会有更多的表现矢量数据细节部分的数据(坐标点)会绘制在相同的像素上，这时只要取绘制在此像素上的一个坐标点就可以保证矢量数据的无损显示了，其它的数据(坐标点)都可以去掉，用这种方法对服务器上的矢量数据进行自适应化简传输到客户端，不但能保证矢量数据显示无损，而且能保证矢量数据之间空间关系的正确性，因为在显示效果上，化简前和化简后显示的效果是一样的。当地图放大时，矢量数据显示到屏幕上填充的像素个数比较多(矢量数据显示的图形比较大)，需要更多的坐标点来表现矢量数据的细节部分，只要将这些坐标点(增量数据)从服务器上取过来并插入到所对应的已有矢量数据中去，仍然可以保证矢量数据的无损显示。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种基于空间实体视图模型(简称“模型”)的矢量数据的自适应渐进传输方法，实现的步骤如下：
1、客户端将相关参数传给服务器端并请求所需矢量数据。
2、选出增量数据：服务器端根据客户端传来的参数查询出原始矢量数据，然后通过“模型”获取客户端所需的增量数据，并传给客户端。
3、插入增量数据：客户端通过“模型”将接收到的从服务器端传来的增量数据插入到所对应的已有矢量数据中去，进行矢量数据重建。
上述步骤1的进一步说明：
1-1)客户端需要首先组织相关参数：①客户端当前的放大比例R。②查询空间实体的矩形范围RECT。③需要向服务器端请求增量数据的矢量数据的标识号ID和记录的放大比例R’。
1-2)客户端根据查询空间实体的矩形范围RECT，查询出现有的矢量数据，并逐个判定所述矢量数据记录的放大比例R’与客户端当前的放大比例R之间的大小：如果R’大于R，则不需要向服务器端请求增量数据；如果R’小于R，则需要客户端向服务器端请求增量数据。
1-3)当客户端需要向服务器端请求增量数据时，客户端将组织好的相关参数传送给服务器的同时并请求所需矢量数据。
上述步骤2的进一步说明：
2-1)根据客户端传来的请求和矢量数据的标识号ID，查询出来符合条件的空间实体。
2-2)逐个取出查询出来的空间实体，对于需要从空间实体的矢量数据G中获取增量数据的都需要执行下列步骤：
①初始化服务器端第一空间实体视图模型S’，“第一模型”S’视图中空间实体的放大比例为此矢量数据所对应的客户端的矢量数据当前记录的放大比例R’；初始化服务器端第二空间实体视图模型S，“第二模型”S视图中空间实体的放大比例为客户端当前的放大比例R；
②用“第一模型”S’对原始矢量数据G进行化简，获得化简后的矢量数据G’，G’和G所对应的客户端的矢量数据相同；
③用“第二模型”S对原始矢量数据G进行化简；
④选出没有被“第二模型”S化简掉，同时又不在由“第一模型”S’化简后所得的矢量数据G’中的原始坐标点作为增量数据。
上述步骤3的进一步说明：
客户端将从服务器端接收的增量数据CG’插入到客户端对应的已有矢量数据CG中去，进行矢量数据重建的步骤：
3-1)初始化客户端的空间实体视图模型M(简称“客户端模型”)，其视图中空间实体的放大比例为已有矢量数据CG中记录的放大比例R’；
3-2)用“客户端模型”M中的坐标变换模块将增量数据CG’和已有矢量数据CG中的原始坐标点变换为“客户端模型”M的视图窗口坐标系下的坐标点；
3-3)将增量数据CG’中的原始坐标点插入到经“客户端模型”M变换后所指的像素相同的矢量数据CG中的原始坐标点的后面。
3-4)将已有矢量数据CG中所记录的放大比例R’的值替换为客户端当前的放大比例的值。
再进一步地，本发明中初始化“模型”包括：通过“模型”的初始化模块给“模型”的栅格数据赋初始值和给“模型”的控制参数赋值。
将客户端的二维视图模式赋值给“模型”的视图模式；给“模型”视图窗口的外包矩形赋值，用于确定“模型”的视图窗口的范围；根据“模型”视图窗口的外包矩形给“模型”分配栅格数据，并给分配的栅格数据赋初始值；给“模型”视图中空间实体的放大比例赋值，它表示空间实体在客户端视图窗口中显示的大小。
本发明的有益效果主要体现在：
(1)不需要对原始数据进行预处理。
(2)能确保任意复杂的矢量数据进行渐进传输过程中，始终保持矢量数据本身及矢量数据之间空间关系的正确显示。
(3)能确保根据矢量数据在客户端显示的放大比例进行自适应渐进传送。
(4)增量数据获取方法、增量数据的插入方法均计算量小，满足大规模矢量数据在网络环境下的实时自适应渐进传输。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明基于空间实体视图模型的矢量数据的自适应渐进传输方法的流程示意图。
图2：本发明客户端请求所需矢量数据的流程示意图。
图3：本发明选出增量数据的流程示意图。
图4：本发明插入增量数据的流程示意图。
具体实施方式
本发明基于一种空间实体视图模型，简单来说，即空间实体视图模型能模拟实际的视图窗口环境，预先对空间实体的空间数据进行分析和选取，进而仅将有用的空间数据传输至实际的视图窗口。其空间实体视图模型至少包括：
1)数据结构：栅格数据结构，模型中用栅格数据来表示二维栅格图像，把视图窗口平面划分成均匀的网格，每个网格单元称为像素，栅格数据结构就是像素阵列，栅格中的每个像素是栅格数据中最基本的信息存储单元，其坐标位置可以用行号和列号确定。由于栅格数据是按一定规则排列的，所以表示的实体位置关系是隐含在行号、列号之中的。每个像素值用于代表空间实体的属性或属性的编码。
2)模型的控制参数(约束条件)：包括视图模式，视图窗口的外包矩形(像素坐标)，视图中空间实体的放大比例，查询空间实体的矩形范围。
3)模型的控制模块：包括初始化模块，用于给“模型”的栅格数据赋初始值和给“模型”的控制参数赋值；坐标变换模块，用于将矢量数据的原始坐标系下的坐标点根据“模型”的控制参数变换为视图窗口坐标系下的坐标点；像素操作模块，用于给像素赋值(栅格化)、读取和判定像素值。
基于空间实体视图模型的矢量数据的自适应渐进传输方法，包括如下步骤：
1、客户端将相关参数传给服务器端并请求所需矢量数据。
2、选出增量数据：服务器端根据客户端传来的参数查询出原始矢量数据，然后通过“模型”获取客户端所需的增量数据，并传给客户端。
3、插入增量数据：客户端通过“模型”将接收到的从服务器端传来的增量数据插入到所对应的已有矢量数据中去，进行矢量数据重建。
上述步骤1的进一步说明：
1-1)客户端需要首先组织相关参数：①客户端当前的放大比例R。②查询空间实体的矩形范围RECT。③需要向服务器端请求增量数据的矢量数据的标识号ID和记录的放大比例R’。
1-2)客户端根据查询空间实体的矩形范围RECT，查询出现有的矢量数据，并逐个判定所述矢量数据记录的放大比例R’与客户端当前的放大比例R之间的大小：如果R’大于R，则不需要向服务器端请求增量数据；如果R’小于R，则客户端向服务器端请求增量数据。
1-3)当客户端需要向服务器端请求增量数据时，客户端将组织好的相关参数传送给服务器的同时并请求所需矢量数据。
上述步骤2服务器端选取增量数据的进一步说明：
2-1)根据客户端传来的请求和矢量数据的标识号ID，查询出来符合条件的空间实体。
2-2)依次取出查询出来的空间实体，对于需要从空间实体的矢量数据G中获取增量数据的都需要执行下列步骤：
①初始化服务器端第一空间实体视图模型S’，“第一模型”S’视图中空间实体的放大比例为此矢量数据所对应的客户端的矢量数据当前记录的放大比例R’；初始化服务器端第二空间实体视图模型S，“第二模型”S视图中空间实体的放大比例为客户端当前的放大比例R；
②用“第一模型”S’对原始矢量数据G进行化简，获得化简后的矢量数据G’，G’和G所对应的客户端的矢量数据相同；
③用“第二模型”S对原始矢量数据G进行化简；
④选出没有被“第二模型”S化简掉，同时又不在由“第一模型”S’化简后所得的矢量数据G’中的原始坐标点作为增量数据。
具体过程说明如下：
假设G’的矢量数据的坐标点为CPi，坐标点个数为m个(i大于0，同时i小于或等于m)。
假设G的矢量数据的坐标点为SPk，坐标点个数为n个(k大于0，同时k小于或等于n)。
(1)、SPk中的k初始值等于1，CPi中的i初始值等于1；
(2)、取出G的坐标点SPk；
(3)、如果SPk等于CPi，i的值增加1，同时在S中对SPk进行栅格化；
(4)、如果SPk不等于CPi，则通过S的坐标转换模块将SPk变换为S视图窗口坐标系下的坐标点PP，然后通过S中像素操作模块判断PP所对应的像素是否等于0，如果等于0，则选定SPk作为增量数据，同时在S中对SPk进行栅格化；如果大于0，则通过S的坐标转换控制方法将SPk-1变换为视图窗口中坐标单位的坐标点PP’，如果PP不等于PP’，则选定SPk作为增量数据，同时在S中对SPk进行栅格化；
(5)、k的值增加1；
(6)、重复执行(2)至(5)，直到原始矢量数据G中的所有坐标点处理完为止。
需要说明的是：如果服务器查询出来的空间实体，在客户端还没有缓存任何矢量数据，则将上述步骤③中“第二模型”S对原始矢量数据G进行化简所获得的矢量数据G’直接作为增量数据。
上述步骤3客户端将从服务器端接收的增量数据CG’插入到客户端对应的已有矢量数据CG中去，进行矢量数据重建的步骤如下：
3-1)初始化客户端的空间实体视图模型M(简称“客户端模型”)，其视图中空间实体的放大比例为已有矢量数据CG中记录的放大比例R’；
3-2)用“客户端模型”M中的坐标变换模块将增量数据CG’和已有矢量数据CG中的原始坐标点变换为“客户端模型”M的视图窗口坐标系下的坐标点；
3-3)将增量数据CG’中的原始坐标点插入到经“客户端模型”M变换后所指的像素相同的矢量数据CG中的原始坐标点的后面。
3-4)将已有矢量数据CG中所记录的放大比例R’的值替换为客户端当前的放大比例的值。
具体过程说明如下：
假设增量数据CG’的坐标点为Pi，坐标点个数为m个(i大于0，同时i小于或等于m)。
假设CG的坐标点为Pk，坐标点个数为n个(k大于0，同时k小于或等于n)，坐标点的集合为Ps，Ps的初始值为空。
(1)、Pk中的k初始值等于1，Pi中的i初始值等于0；
(2)、取出CG的坐标点Pk并通过M栅格化坐标点Pk，将Pk加入到Ps中；
(3)、判定i的值：如果i的值等于m，则执行步骤(6)；如果i小于m，则i的值增加1，取出Pi并通过M的坐标转换模块将Pi变换为M视图窗口坐标系下的坐标点PP；
(4)、通过M的像素操作模块判断PP所对应的像素值是否等于0；
(5)、如果像素值等于0，则执行步骤(6)；如果像素值大于0，则将Pi加入到Ps中，重复执行步骤(3)至(5)；
(6)、k的值增加1，重复执行步骤(2)至(5)，直到矢量数据CG中的所有坐标处理完为止；
(7)、将Ps作为矢量数据CG的坐标数据；
(8)、将CG中所记录的放大比例R’的值替换为客户端当前的放大比例的值。
需要说明的是：如果CG中没有任何坐标数据，则直接将增量数据加入CG中，并记录下当前客户端的放大比例R，然后在客户端缓存此矢量数据CG即可。
本发明中的化简方法为现有技术，在此不再赘述。
本发明尚有多种具体的实施方式。凡采用等同替换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
Claims (7)
1.一种基于空间实体视图模型的矢量数据的自适应渐进传输方法，用于将增量数据从服务器端渐进传输至客户端，其特征在于：包括如下步骤，
1)客户端将相关参数传给服务器端并请求所需矢量数据；
2)选出增量数据，服务器端根据客户端传来的参数查询出原始矢量数据，然后通过“模型”获取客户端所需的增量数据，并传给客户端；
3)插入增量数据，客户端通过“模型”将接收到的从服务器端传来的增量数据插入到所对应的已有矢量数据中去，进行矢量数据重建。
2.根据权利要求1所述的基于空间实体视图模型的矢量数据的自适应渐进传输方法，其特征在于：所述空间实体视图模型至少包括栅格数据结构、模型的控制参数以及模型的控制模块；
所述栅格数据结构为像素阵列，所述像素为视图窗口平面划分成的均匀网格单元，所述像素是栅格数据中最基本的信息存储单元，其坐标位置用行号和列号确定；
所述模型的控制参数包括视图模式，视图窗口的外包矩形，视图中空间实体的放大比例，以及查询空间实体的矩形范围；
所述模型的控制模块包括初始化模块，用于给模型的栅格数据赋初始值和给模型的控制参数赋值；坐标变换模块，用于将矢量数据的原始坐标系下的坐标点根据模型的控制参数变换为视图窗口坐标系下的坐标点；像素操作模块，用于给模型的像素赋值，以及读取和判定像素值。
3.根据权利要求1所述的基于空间实体视图模型的矢量数据的自适应渐进传输方法，其特征在于：所述步骤1客户端请求所需矢量数据的步骤包括，
1-1)客户端需要首先组织相关参数：①客户端当前的放大比例R，②查询空间实体的矩形范围RECT，③需要向服务器端请求增量数据的矢量数据的标识号ID和记录的放大比例R’；
1-2)客户端根据查询空间实体的矩形范围RECT，查询出现有的矢量数据，并逐个判定所述矢量数据记录的放大比例R’与客户端当前的放大比例R之间的大小：如果R’大于R，则不需要向服务器端请求增量数据；如果R’小于R，则客户端向服务器端请求增量数据；
1-3)当客户端需要向服务器端请求增量数据时，客户端将组织好的相关参数传送给服务器的同时并请求所需矢量数据。
4.根据权利要求1所述的基于空间实体视图模型的矢量数据的自适应渐进传输方法，其特征在于：所述步骤2选出增量数据的步骤包括，
2-1)根据客户端传来的请求和矢量数据的标识号ID，查询出来符合条件的空间实体；
2-2)依次取出查询出来的空间实体，对于需要从空间实体的矢量数据G中获取增量数据的都需要执行下列步骤：
①初始化服务器端第一空间实体视图模型S’，“第一模型”S’视图中空间实体的放大比例为此矢量数据所对应的客户端的矢量数据当前记录的放大比例R’；初始化服务器端第二空间实体视图模型S，“第二模型”S视图中空间实体的放大比例为客户端当前的放大比例R；
②用“第一模型”S’对原始矢量数据G进行化简，获得化简后的矢量数据G’，所述矢量数据G’和G所对应的客户端的矢量数据相同；
③用“第二模型”S对原始矢量数据G进行化简；
④选出没有被“第二模型”S化简掉，同时又不在由“第一模型”S’化简后所得的矢量数据G’中的原始坐标点作为增量数据。
5.根据权利要求1所述的基于空间实体视图模型的矢量数据的自适应渐进传输方法，其特征在于：所述步骤3插入增量数据、进行矢量数据重建的步骤包括，
3-1)初始化客户端的空间实体视图模型M，其视图中空间实体的放大比例为已有矢量数据CG中记录的放大比例R’；
3-2)用“客户端模型”M中的坐标变换模块将增量数据CG’和已有矢量数据CG中的原始坐标点变换为“客户端模型”M的视图窗口坐标系下的坐标点；
3-3)将增量数据CG’中的原始坐标点插入到经“客户端模型”M变换后所指的像素相同的矢量数据CG中的原始坐标点的后面；
3-4)将已有矢量数据CG中所记录的放大比例R’的值替换为客户端当前的放大比例的值。
6.根据权利要求4或5所述的任意一种基于空间实体视图模型的矢量数据的自适应渐进传输方法，其特征在于：初始化空间实体视图模型包括通过空间实体视图模型的初始化模块给空间实体视图模型的栅格数据赋初始值和给空间实体视图模型的控制参数赋值。
7.根据权利要求6所述的基于空间实体视图模型的矢量数据的自适应渐进传输方法，其特征在于：将客户端的二维视图模式赋值给模型的视图模式；给模型的视图窗口的外包矩形赋值，用于确定模型的视图窗口的范围，根据模型视图窗口的外包矩形给模型分配栅格数据，并给分配的栅格数据赋初始值；给模型视图中空间实体的放大比例赋值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100908 |