CN102750180A - 一种二维地图瓦片的多线程显示机制 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种二维地图瓦片的多线程显示机制，具体地利用状态机组织表达显示视窗的地理范围和地图比例，运用多线程技术分离界面主线程、瓦片请求线程、瓦片显示线程，减少客户端人机交互的响应时间，提高用户体验。该机制流程为：①当人机交互改变显示视图的状态时，编码视图范围内的瓦片，并记录到视图状态池和显示任务池中；②任务发送线程轮询显示任务池，逐个取出显示任务请求，查询地图瓦片缓存，并向地图瓦片服务器请求相应的瓦片数据；③地图瓦片服务器响应任务请求，将地图瓦片发送到客户端，并写入瓦片地图缓存；④瓦片显示线程轮询视图状态池查找未显示的瓦片分块，并依据瓦片编码从瓦片地图缓存中取出对应的地图瓦片，显示到显示视图上。

Description

一种二维地图瓦片的多线程显示机制

技术领域

本发明涉及地图服务客户端的二维地图瓦片多线程显示机制，具体涉及地图的瓦片划分及瓦片编码、地图显示视图的状态、地图瓦片的请求线程和地图瓦片的显示线程；本发明适用于地图服务中客户端二维地图瓦片的多线程显示。

背景技术

在网络上发布地图数据，为用户提供实时在线的地图浏览、查询等功能成为WebGIS的重要应用。由于地图数据的复杂、海量等特性，瓦片地图技术成为网络地图服务的重要手段，即瓦片地图服务(Tile Map Server，TMS)。在瓦片地图服务端，针对地图瓦片的生成、组织管理和请求响应，Google Map、BingMaps和OpenLayers等都根据不同的应用需求，实现了相应的瓦片地图服务。参考文献包括http://en.wikipedia.org/wiki/Mercator_projection、http://wiki.osgeo.org/wiki/Tile_Map_Service_Specification、http://www.maptiler.org/google-maps-coordinates-tile-bounds-projection/和http://msdn.microsoft.com/en-us/library/bb259689.aspx等。

在地图服务的客户端，传统的整块地图显示模式无法应对地图服务响应延迟、地图数据量大、网络环境不稳定等不利因素。基于瓦片地图服务的Google Map/Earth、BingMaps的客户端，在地图瓦片请求的发送、地图瓦片的显示和地图可视化的多线程实现机制等方面，目前可见的专利、文献涉及较少。

多线程技术主要优势在于充分利用CPU的空闲时间片，尽可能快地对用户请求做出响应，提高进程的整体运行效率，同时增强应用程序的灵活性。尤其在人际交互频繁的客户端用户界面，多线程的使用使得用户操作同后台处理相分离，减少客户端的请求响应时间，提升用户体验。参考文献包括Wan D.S.Study on large-scale terrain interactive walkthrough basedon multi-threaded，Computer Engineering and Design，2008、LI Y.Z.Application Program InterfaceDesign with Thread of VC++，Journal of Northwest Minorities University(Natural Science Edition)等。

本发明提出一种切实可行的二维地图瓦片多线程显示机制，特别适用于网络环境下电子地图的展示查看。

发明内容

本发明的目的是为瓦片地图服务的客户端提供一种二维地图瓦片的多线程显示机制，特别是采用状态机表达显示视窗的地理范围和显示比例，分离界面主线程、任务发送线程和瓦片显示线程，减少客户端的响应时间，实现良好的人机交互体验。

本发明的技术方案涉及地图瓦片的划分及其编码，显示视图的状态、瓦片显示任务、地图瓦片缓存等存储结构和界面显示主线程、任务发送线程和瓦片显示线程等部分。瓦片显示机制的实现思路为：在选定的地理参考系统下对全球地理范围进行四叉树划分，构建地图瓦片编码；建立视图状态池，维护当前视图显示状态对应的地图瓦片状态；建立显示任务池，维护由显示视图状态改变而生成的瓦片显示请求，供任务发送线程取用；建立地图瓦片缓存池，存储客户端的瓦片请求结果，提高地图瓦片的显示速度；根据当前视图的地理范围和地图比例，计算合适的瓦片分块，并将其地理编码记录到视图状态池和显示任务池中；采用多线程机制，分离界面主线程、地图瓦片请求和地图瓦片绘制，从而减少界面响应时间，提高显示速度，改善人机交互体验。

本发明的技术方案提供了二维地图瓦片的多线程显示机制，其特征在于包括以下实施步骤：

1)选定一种地理参考系统，对全球地理范围进行基于四叉树的瓦片划分，并构建地图瓦片编码；

2)人机交互改变显示视图的地图范围和地图比例，依据该地图范围和地图比例，计算合适的地图瓦片分块，并将其地理编码记录到视图状态池和显示任务池中；

3)任务发送线程查询显示任务池，逐个取出显示任务的瓦片请求，并判断地图瓦片缓存中是否存在该瓦片，如果没有则向地图瓦片服务器请求相应的瓦片数据；

4)地图瓦片服务器响应地图瓦片的显示请求，将瓦片数据发送到客户端，并写入地图瓦片缓存；

5)瓦片显示线程查询视图状态池中未被显示的地图瓦片，并依据瓦片编码从地图瓦片缓存中取出对应的地图瓦片，绘制到显示视图上；

6)当视图状态池中不存在未被显示的地图瓦片时，当前显示视图的绘制完成，并等待下一视图状态。

上述显示机制的特征在于：

本发明以状态机的方式表达当前显示视窗的地理范围和地图比例。视图状态池中包括多个地图瓦片，每个地图瓦片具有显示和不显示两种状态；当视图状态改变时，重置状态池；当瓦片显示线程完成单个瓦片的显示时，修改该瓦片的显示状态。

利用多线程机制，将瓦片请求发送任务从界面主线程中分离出来，释放界面主线程的计算压力，提高任务发送效率，减少界面响应时间，改善人机交互体验。

利用多线程机制，将瓦片显示工作从界面主线程中分离开，释放界面主线程的计算压力，提高地图瓦片的显示速度，减少界面响应时间，改善人机交互体验。

同现有技术相比较，本发明提出的地图瓦片显示机制一方面通过显示视图状态机的方式简化了视图中多个地图瓦片的状态描述和状态转变；另一方运用多线程机制，将界面主线程操作、瓦片任务发送工作和瓦片显示工作相分离，减少界面响应时间，提高显示速度，改善人机交互体验。

附图说明

图1是二维地图瓦片多线程显示流程图

图2是本发明的地图瓦片划分及其编码示意图

图3是界面主线程的工作流程图

图4是当前显示视图的状态示意图

图5是任务发送线程的工作流程图

图6是瓦片显示线程的工作流程图

具体实施方式

图1是二维地图瓦片多线程现实流程图。其中涉及到地图瓦片的划分及编码，显示任务池、视图状态池、瓦片地图缓存等存储结构和显示界面主线程、任务发送线程和瓦片显示线程等。在具体实施中，运用C++编程语言对相关的数据结构和线程流程进行实现说明。

地图瓦片的划分及其编码是本发明的基础。在具体实施中，选用WGS84地理参考系统下的经纬度格网对地图进行基于四叉树的多层次瓦片划分并编码；为方便处理，将地理编码转化为字符串(std::string)标示地图瓦片。

图2示意了WGS84地理参考系统下，基于经纬网的瓦片划分方法。图中蓝色线条格网的划分构成了第0层(层深D＝0)瓦片划分；在经度方向上，对[-180，180]经度(单位为度，下同)范围四等分；在纬度方向上，对[-90，90]纬度范围二等分，全球形成4*2的地图瓦片划分，每一瓦片对应90*90的地理范围。图中红蓝线条格网对第0层的每个瓦片进行四等分，构成全球8*4的地图瓦片划分，每个瓦片对应45*45的地理范围。以此类推，黄色线条示意了对第1层瓦片的四等分。地图瓦片包括经度、纬度和层深三个地理属性，并分别对应经向码、纬向码和层深码三部分地理编码；层深码D标示地图瓦片的层次，数值范围为[0，31]；经向码X标示瓦片的经向位置，数值范围为[0，2^D+2]对应经度的[-180，180]；纬向码Y标示瓦片的纬向位置，数值范围为[0，2^D+1]对应纬度网[-90，90]；对任意地图瓦片的地理编码表达为(X，Y，D)，地理编码是地图瓦片的唯一标示，并能够同经纬度和地图比例相互转换。地理编码(X，Y，D)同经纬度(lon，lat)、地图比例fScale间的换算关系为：

2^D≤fScale＜2^D+1；

90X/2^D-180＜lon＜90(X+1)/2^D-180；

90-90(Y+1)/2^D＜lat＜90-90Y/2^D.

显示任务池存储和管理多个先进后出的显示任务(显示任务以其对应的地图瓦片编码为标示)集合，可用基本的栈数据结构实现，具体实施中使用如下结构：

std::stack<std::string>showTasksPool；

视图状态池保存视图所含地图瓦片及其是否显示的状态。具体实施中使用基本的映射数据结构，将瓦片地理编码及是否显示的标志组成的二元组作为一个状态元素，存放在映射数据结构中：

std::map<std::string，bool>viewStatusPool；

图3是界面主线程的工作流程图。当显示视窗的视图状态变化时，首先根据当前视图状态(地理范围geoExtent和地图比例geoScale)，划分地图瓦片(如图4所示)，计算视窗内最适层深depth和地图瓦片编码，计算方法为：

其中lonMin，lonMax，latMin，latMax表示视窗的地理范围；然后将各个地图瓦片编码加入到显示任务池中；然后清空视图状态池，并将各个地图瓦片编码同是否显示标记(标记置为true)组成二元组，加入到视图状态池。流程伪代码如下：

图4表达了在当前显示视窗范围内的视图状态。图中黑色格网代表当前地图比例下最适深度的经纬度格网；蓝色框表示当前显示视窗的范围，即要显示的地图范围；由于地图的瓦片显示方式，当前视窗需要显示图中阴影区域所覆盖的瓦片集合。将每个地图瓦片的地理编码[X][Y][D]和瓦片是否显示的标示S组成二元组，作为一个元素存储在map映射结构中，构成当前视图的状态池。当瓦片显示线程完成对某一地图瓦片的显示后，修改状态池中相应的状态标示，表示显示线程不再显示该瓦片。

图5是任务发送线程的工作流程图。任务发送线程轮询显示任务池，首先获取一个地图瓦片请求；然后查询地图瓦片缓存中是否存在该请求对应的瓦片数据，如果存在，则丢弃该瓦片请求，否则，将该瓦片请求发送到瓦片地图服务器。其流程伪代码如下：

图6是瓦片显示线程的工作流程图。瓦片显示线程轮询视图状态池，首先获取一个要显示的视图状态；然后查询地图瓦片缓存中是否有该状态对应的瓦片数据，如果不存在，则进行下一轮询，如果存在，将瓦片数据显示在内存画布上；然后拷贝内存画布到显示画布上，并刷新显示视图；最后修改该视图状态为不需要显示。其工作流程伪代码如下：

本发明的实例在PC平台上实现，该显示机制能够较好地处理显示视图中多个瓦片的复杂状态及其转变，较大程度上减少人机交互的响应时间，获得良好的人际交互体验。本发明的显示机制可广泛应用于基于瓦片地图服务的客户端的二维地图显示。

Claims (4)

1.一种二维地图瓦片多线程显示机制，其特征在于包括以下实施步骤：

1)选定一种地理参考系统，对全球地理范围进行基于四叉树的瓦片划分，并构建地图瓦片编码；

2)人机交互改变显示视图的地图范围和地图比例，依据该地图范围和地图比例，计算合适的地图瓦片分块，并将其地理编码记录到视图状态池和显示任务池中；

3)任务发送线程查询显示任务池，逐个取出显示任务的瓦片请求，并判断地图瓦片缓存中是否存在该瓦片，如果没有则向地图瓦片服务器请求相应的瓦片数据；

4)地图瓦片服务器响应地图瓦片的显示请求，将瓦片数据发送到客户端，并写入地图瓦片缓存；

5)瓦片显示线程查询视图状态池中未被显示的地图瓦片，并依据瓦片编码从地图瓦片缓存中取出对应的地图瓦片，绘制到显示视图上；

6)当视图状态池中不存在未被显示的地图瓦片时，当前显示视图的绘制完成，并等待下一视图状态。

2.根据权利要求1所述的地图瓦片划分，其特征在于其在选定的地理参考系统下，对地图进行多层次的四叉树划分，并为地图瓦片构建唯一的地理编码；可选地理投影包括经纬度网格(Platte Carrée)和Web墨卡托投影(Web Mecator Projection)两种方式。

3.根据权利要求1所述的视图状态池，其特征在于其将视图窗口的地理范围和地图比例作为状态机来维护，由界面主线程和瓦片显示线程来驱动其中瓦片状态的转移。

4.根据权利要求1所述的任务发送线程和瓦片显示线程，其特征在于将界面响应、任务发送和瓦片显示工作相分离，多线程显示地图瓦片。

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