CN103279526B - 一种基于ActiveX的WebGIS三维月球系统及实现方法 - Google Patents
一种基于ActiveX的WebGIS三维月球系统及实现方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于ActiveX的WebGIS三维月球系统，其特征在于，该系统包括：客户端浏览器，用于展现数据，获取数据，缓存数据，提供交互界面，以及绘制三维模型并利用ActiveX控件技术把三维场景嵌入到浏览器中；网页WEB服务器，用于响应客户端浏览器发送的页面请求，向浏览器客户端返回网页相应；WebGIS服务器，用于提供服务目录和瓦片服务给浏览器客户端；GIS服务器集群，用于提供底层的GIS支持服务，包括通用服务，地理空间信息的存储和访问，地图的制作与发布，负载均衡；数据服务器，用于存储地理信息数据。本发明将三维月球嵌入到网页里，即以B/S结构用三维的形式展示月球数据，用户只需通过浏览器即可直接浏览三维月球。
Description
技术领域
本发明属于WebGIS应用及图像三维可视化领域，具体涉及一种在浏览器上面以三维形式展现月球数据的系统及实现方法。
背景技术
WebGIS是基于Internet平台，客户端采用WWW协议的地理信息系统。随着Internet的普及和深入，WebGIS成为GIS技术研究的主流方向，与传统的GIS相比，最鲜明的优势在于把GIS放到了Internet上，展现出了GIS潜藏着的无限活力。
目前WebGIS已经不知不觉的走进了大众的生活，人们在浏览器上利用地图查找地点、获取路线已经非常普及，但这些WebGIS还都是二维层面上的，在Web上面展示一个三维的GIS是一个新的研究方向。GoogleEarth、Google Moon等三维软件虽然实现了基于Internet的三维地球与三维月球的展现，但都是C/S结构的，用户需要在客户端下载并安装软件。
因此，有必要提供一种只需通过浏览器即可直接浏览三维月球的技术。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种在浏览器上面通过三维的形式来展示月球数据的可视化系统，以实现月球三维的逼真展现，用户通过浏览器即能快速浏览和查看月球表面的形貌特征。
本发明提出了一种基于ActiveX的WebGIS三维月球系统，该系统包括：客户端浏览器，用于展现数据，获取数据，缓存数据，提供交互界面；网页WEB服务器，用于响应客户端浏览器发送的页面请求；WebGIS服务器，用于提供服务目录和瓦片服务；GIS服务器集群，用于提供底层的GIS支持服务，包括通用服务，地理空间信息的存储和访问，地图的制作与发布，负载均衡；数据服务器，用于存储地理信息数据。
优选地，所述的客户端浏览器包含三维前端控制模块，用于统一管理各个功能模块。
优选地，所述的客户端浏览器包含三维显示交互模块，用于以两棵动态四叉树组织全球场景，每个节点对应一个网格单元场景，并且用于处理所有和用户的交互。
优选地，所述的客户端浏览器包含三维场景数据访问模块，用于对于从服务端获取来的瓦片，首先进行缓存，当再次请求瓦片时，只请求缓存里面没有的瓦片数据。
优选地，所述三维场景数据采用平台无关的图片格式，包括png和jpeg。
优选地，所述的网页WEB服务器用于响应客户端浏览器发送的网页请求，使客户端能构建一个交互的界面。
优选地，所述的WebGIS服务器包含服务目录模块，用于对各个Web服务进行组织和管理，存储Web服务的描述和元数据信息，以供服务调用者查询使用。
优选地，所述的WebGIS服务器包含WebGIS的瓦片服务模块，用于处理客户端发来的地图瓦片服务请求，返回瓦片数据。
优选地，所述的GIS服务器集群包含通用服务模块，用于屏蔽不同操作系统编译器之间的差异，构建一个平台无关的开发应用逻辑来开发服务组件。
优选地，所述的通用服务模块提供了一个面向消息的中间件的消息通信模块来保障整个集群内各个软件部件之间的信息交互。
优选地，所述的GIS服务器集群包含地理空间信息的存储和访问，对多元的地理数据进行组织和存储，同时对于数据的访问，提供数据访问引擎接口。
优选地，所述的GIS服务器集群包含地图制作与发布，将地理信息数据发布成服务供调用者调用。
优选地，所述的地图制作与发布提供GIS底层组件来处理Web服务端发过来的数据访问请求，根据参数对原始的地理信息数据进行切图，形成瓦片数据返回给Web服务器。
优选地，所述的GIS服务器集群包含负载均衡模块，负责收集各应用服务器的性能和运行情况，根据不同服务器的健康状况，将来访的服务请求以最高效的分配方式分配到合适的应用服务器节点上去处理，达到最佳的服务器负载平衡效果。
优选地，所述的数据服务器通过文件系统或者关系数据库两种方式来存储地理信息数据，供数据访问引擎访问。
本发明还提出了一种基于ActiveX的WebGIS三维月球实现方法，该方法包括步骤：客户端浏览器通过发布的网址，以HTTP请求的方式获取到网页Web服务器返回的网页响应，在客户端浏览器上面显示一个交互页面；客户端浏览器中的三维前端控制模块依附ActiveX控件在浏览器上显示出一个三维的月球模型，再通过三维显示交互模块来完成在此三维模型上的各种人机交互，当用户有获取月球数据的交互请求时，通过客户端浏览器中的三维场景数据访问模块向Web GIS服务器发送请求，调用WebGIS服务器中的全局服务目录模块从中获取可用的数据目录，客户端浏览器要显示某个范围的瓦片数据，先从本地缓存寻找，如果没有找到相应的数据，发送相应请求到Web GIS服务器的WebGIS服务模块来获取数据；Web GIS服务器接收到客户端浏览器的请求后，先在本服务器缓存中寻找相应数据缓存，如果有相应数据的缓存则返回给客户端浏览器，如果没有则向GIS服务器发送请求；GIS服务器中的通用服务模块接收Web GIS服务器发送的请求，然后由负载均衡模块进行处理分析选择一个最优的应用服务器进行处理，该应用服务器从数据服务器获取原始数据，先由GIS服务器中地理空间信息存储与访问模块来存储和管理，再由地图制作与发布模块对原始数据进行切图形成地图瓦片数据，最后返回给Web GIS服务器，Web GIS服务器把获取到的瓦片数据放在缓存中以备之后的调用，同时把这个瓦片数据返回给客户端浏览器。
本发明将三维月球嵌入到网页里，即以B/S结构用三维的形式展示月球数据，用户只需通过浏览器即可直接浏览三维月球。
附图说明
图1为本发明基于ActiveX的WebGIS三维月球系统的总体结构图；
图2为本发明基于ActiveX的WebGIS三维月球系统的工作流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提出了一种基于WebGIS的月球三维可视化系统。该系统在Web上面展示一个三维月球，其中技术难点主要集中在以下三个方面：第一，在浏览器上面如何显示三维场景、绘制三维模型的问题。第二，庞大的月球数据如何从服务器端传输到客户端的问题。第三，服务端如何组织管理地理信息数据并能接受客户端请求返回响应的问题。
本发明提出了一种基于ActiveX的WebGIS三维月球系统，该系统主要由客户端浏览器、网页WEB服务器、WebGIS服务器、GIS服务器集群和数据服务器组成，它们之间通过移动通信网络和Internet网络实现信息的双向通信。客户端浏览器绘制三维模型并利用ActiveX控件技术把三维场景嵌入到浏览器中，并以HTTP请求的方式获取到网页Web服务器中页面服务返回的网页响应，完成交互漫游，缩放，图层控制等与用户交互的功能。WebGIS服务器提供全局服务目录并缓存地图瓦片数据便于客户端浏览器的查询与重复调用，同时提供服务代理访问GIS服务器集群的应用服务器。GIS服务器集群的应用服务器实现地理空间信息存储与访问、地图数据的制作与发布以及负载均衡等功能。数据服务器实现地理数据和信息的存储。系统实现了基于纯浏览器的月球三维地形和地貌信息的逼真性展现，让广大的Web用户看到了嫦娥工程获得的数据成果。
图1为本发明基于WebGIS的月球三维可视化系统的系统总体结构图。参照图1，该系统包括客户端浏览器1、网页WEB服务器2、WEB GIS服务器3、GIS服务器4和数据服务器5。其中，客户端浏览器1可以是一个或多个，GIS服务器4可以是由一个应用服务器组成或者是多个应用服务器组成的集群。
客户端浏览器1安装ActiveX控件软件包括三维显示交互模块、三维场景数据访问模块和三维前端控制模块等三个功能模块。
安装了此ActiveX控件软件后，通过浏览器所支持的HTML语言的Object标签就可以把具备上面描述的三个模块的ActiveX控件嵌入到浏览器里面了，同时利用浏览器所支持的JavaScript语言能使网页元素和此ActiveX控件进行交互通信。
三维显示交互模块用于提供一个包括显示和交互功能的三维场景。三维显示交互模块的显示功能组件以两棵动态四叉树组织全球场景，每个节点对应一个网格单元场景。提供高速裁剪支持，保证只有可见的节点才会得到绘制，采取必要的场景组织以及优化渲染方法，保证平滑的渲染帧速。交互功能组件实现了包括拉框定位，球面测距，球面漫游等等所有和用户交互的功能。
三维场景数据访问模块实现在客户端获取服务端发布的月球数据。为了保证广域网环境下的数据传输调度以及三维球的灵活性，本发明中三维地形可视化不再对月球DEM和影像数据进行三维预先构网及纹理格式处理，而是直接采用平台无关的瓦片图片格式生成瓦片数据时png和jpeg两种格式可选。对于从服务端获取来的月球瓦片数据，应用端首先缓存下来，客户端再次请求月球瓦片时，只会请求缓存里面没有的瓦片数据。
三维前端控制模块用于总体控制和协调前端系统单元。三维前端控制模块能够统一管理各个功能模块，处理上层应用的功能命令，鼠标事件，键盘事件等，然后通过标准的接口统一分发到各个功能模块。
网页WEB服务器2用于构建客户端浏览器上的网页交互界面。客户端浏览器1通过发布的网址，以HTTP请求的方式获取到网页Web服务器2返回的网页响应，在客户端浏览器1上面构建一个交互页面。
WEB GIS服务器3包含全局服务目录模块和WebGIS服务模块。
全局服务目录模块是对各个可用的地理信息服务进行组织和管理，存储该地理信息服务的描述和元数据信息(如服务名、服务类型、服务URL、服务参数信息等)供服务调用者查询使用。为了便于组织管理并方便前端显示模块使用，将全局服务目录模块按照各地理信息服务的提供者组织成一个节点，每个节点中的地理信息服务可进一步按数据类型进行分类，包括影像数据服务、DEM数据服务、矢量数据服务等。
WebGIS服务模块主要提供地图的瓦片服务。其主要功能是处理应用端发来的地图瓦片服务请求，根据用户的服务请求从web服务器的地图瓦片数据缓存中读取相应的地图瓦片数据返回给用户；如果未命中缓存，则会调用相应的WebGIS服务组件从后台GIS服务器实时获取地图瓦片数据返回给用户。
GIS服务器4包含地图制作与发布模块、通用服务模块、地理空间信息存储与访问模块、以及负载均衡模块等功能模块。
地图制作与发布模块用于把地理信息数据发布成服务供调用者调用的功能。同时提供GIS底层组件来处理Web服务器发过来的数据访问请求，根据原始的地理信息数据进行切图，形成瓦片数据返回给Web服务端。
通用服务模块用于提供基础的通用服务。GIS服务器下的应用服务器运行的服务的开发主要使用c++语言来进行，其中涉及网络通信、进程/线程控制、文件系统等多方面的系统调用。由于不同操作系统在实现相同功能时语义存在差异，同时提供的应用编程接口也不尽相同，因此通用服务模块负责屏蔽不同的操作系统，不同编译器之间的差异，提供与平台无关的方式来开发应用逻辑。同时还提供了一个面向消息的中间件的消息通信模块来保障整个集群内各个软件部件之间的信息交互。消息通信方式分为两种，即点到点的消息队列机制和发布/订阅的消息主题机制。
地理空间信息存储与访问模块完成对多元地理数据的组织和存储，实现多元数据的一体化管理。对于矢量，影像，DEM等类型数据的管理功能有一定的相似性，但是也存在着差异性，例如对于矢量数据要建立空间索引，对于影像要进行金字塔的创建和维护。对于数据的访问，提供数据访问引擎来提供访问接口。
负载均衡模块用于均衡的分配请求。GIS服务器是由多个应用服务器组成的集群构成，因此需要负载均衡模块收集各应用服务器的性能和运行情况，根据不同服务器的健康状况，将来访的服务请求以最高效的分配方式(即下面提到的达到最佳的服务器负载平衡效果，实现单个用户的响应时间的最小化以及整个系统吞吐量的最大化)分配到合适的应用服务器节点上去处理，达到最佳的服务器负载平衡效果，实现单个用户的响应时间的最小化以及整个系统吞吐量的最大化。
数据服务器5，用于存储地理信息数据。对于原始数据，所述GIS服务器中的地理空间信息存储与访问模块会对其进行处理，分析转化成内部的数据格式方便存储管理和应用，转后的数据文件可以按照需求以文件形式存储于目录下或者按照关系模型存储到数据库里。这两种形式的数据，可以被地理空间信息存储与访问模块中的数据访问引擎访问，以统一的接口形式提供给上层的数据调用者。
客户端浏览器1与网页服务器2、WEB GIS服务器3之间的通信方式是HTTP、REST，Web GIS服务器3与GIS服务器4之间的通信协议采用TCP协议或者内部协议，GIS服务器4和数据服务器5之间传送的是数据流。系统的工作流程可以通过客户端浏览器显示月球影像数据的过程来简要说明。
图2为本发明基于ActiveX的WebGIS三维月球系统的工作流程图。
参照图2，所述的客户端浏览器1通过发布的网址，以HTTP请求的方式获取到网页Web服务器2返回的网页响应，在客户端浏览器1上面显示一个交互页面。同时客户端浏览器1中的三维前端控制模块依附ActiveX控件在浏览器上显示出一个三维的月球模型，再通过三维显示交互模块来完成在此三维模型上的各种人机交互。当用户有获取月球数据的交互请求时，通过客户端浏览器1中的三维场景数据访问单元向Web GIS服务器3发送请求，调用Web GIS服务器3中的全局服务目录服务从中获取可用的数据目录。客户端浏览器1要显示某个范围的瓦片数据，先从本地缓存寻找，如果没有找到相应的数据，发送相应请求到Web GIS服务器3的WebGIS服务来获取数据。Web GIS服务器3接收到客户端浏览器1的请求后，先在本服务器缓存中寻找相应数据缓存，如果有相应数据的缓存则返回给客户端浏览器1，如果没有则向GIS服务器4发送请求。发送的请求会被GIS服务器4中的通用服务模块接收，然后由负载均衡模块进行处理分析选择一个最优的应用服务器进行处理。该应用服务器从数据服务器5获取原始数据，先由GIS服务器4中地理空间信息存储与访问模块来存储和管理，再由地图制作与发布模块对原始数据进行切图形成地图瓦片数据，最后返回给Web GIS服务器3。Web GIS服务器3把获取到的瓦片数据放在缓存中以备之后的调用，同时把这个瓦片数据返回给客户端浏览器1。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于ActiveX的WebGIS三维月球系统，其特征在于，该系统包括：
客户端浏览器，用于展现数据，获取数据，缓存数据，提供交互界面，以及绘制三维模型并利用ActiveX控件将三维场景嵌入到浏览器中；
网页WEB服务器，用于响应客户端浏览器发送的页面请求，向客户端浏览器返回网页响应；
WebGIS服务器，用于提供服务目录和瓦片服务给客户端浏览器；
GIS服务器集群，用于提供底层的GIS支持服务，包括通用服务，地理空间信息的存储和访问，地图的制作与发布，负载均衡；
数据服务器，用于存储地理信息数据；
其中，所述的客户端浏览器包括三维显示交互模块、三维场景数据访问模块和三维前端控制模块；
所述三维显示交互模块用于提供一个包括显示功能和交互功能的三维场景，其显示功能组件以两棵动态四叉树组织全球场景，每个节点对应一个网格单元场景；交互功能组件实现了包括拉框定位、球面测距、球面漫游的所有和用户交互的功能；
所述三维场景数据访问模块实现在客户端获取服务端发布的月球数据，三维地形可视化不再对月球DEM和影像数据进行三维预先构网及纹理格式处理，而是直接采用平台无关的瓦片图片格式生成瓦片数据，瓦片图片格式包括png和jpeg两种格式；
所述三维前端控制模块用于总体控制和协调前端系统单元；
其中，所述GIS服务器集群包含地图制作与发布模块、通用服务模块、地理空间信息存储与访问模块、以及负载均衡模块；
所述地图制作与发布模块用于把地理信息数据发布成服务供调用者调用，同时提供GIS底层组件来处理Web服务器发过来的数据访问请求，根据原始的地理信息数据进行切图，形成瓦片数据返回给Web服务器；
所述通用服务模块用于提供基础的通用服务，负责屏蔽不同的操作系统，不同编译器之间的差异，提供与平台无关的方式来开发应用逻辑，同时还提供了一个面向消息的中间件的消息通信模块来保障整个集群内各个软件部件之间的信息交互，消息通信方式分为两种，即点到点的消息队列机制和发布/订阅的消息主题机制；
地理空间信息存储与访问模块完成对多元地理数据的组织和存储，实现多元数据的一体化管理，对于数据的访问，提供数据访问引擎来提供访问接口；
负载均衡模块用于均衡的分配请求，GIS服务器是由多个应用服务器组成的集群构成，因此需要负载均衡模块收集各应用服务器的性能和运行情况，根据不同服务器的健康状况，将来访的服务请求分配到合适的应用服务器节点上去处理，达到最佳的服务器负载平衡效果，实现单个用户的响应时间的最小化以及整个系统吞吐量的最大化。
2.根据权利要求1所述的基于ActiveX的WebGIS三维月球系统，其特征在于，所述的客户端浏览器包含三维场景数据访问模块，用于对于从服务端获取来的瓦片，首先进行缓存，当再次请求瓦片时，只请求缓存里面没有的瓦片数据。
3.根据权利要求1所述的基于ActiveX的WebGIS三维月球系统，其特征在于，所述的网页WEB服务器用于响应客户端浏览器发送的网页请求，使客户端能构建一个交互的界面。
4.根据权利要求1所述的基于ActiveX的WebGIS三维月球系统，其特征在于，所述的WebGIS服务器包含服务目录模块，用于对各个Web服务进行组织和管理，存储Web服务的描述和元数据信息，以供服务调用者查询使用。
5.根据权利要求1所述的基于ActiveX的WebGIS三维月球系统，其特征在于，所述的WebGIS服务器包含WebGIS的瓦片服务模块，用于处理客户端发来的地图瓦片服务请求，返回瓦片数据。
6.根据权利要求1所述的基于ActiveX的WebGIS三维月球系统，其特征在于，所述的GIS服务器集群包含地理空间信息的存储和访问模块，用于对多元的地理数据进行组织和存储，同时对于数据的访问，提供数据访问引擎接口。
7.根据权利要求1所述的基于ActiveX的WebGIS三维月球系统，其特征在于，所述的数据服务器通过文件系统或者关系数据库两种方式来存储地理信息数据，供数据访问引擎访问。
8.一种如权利要求1所述的基于ActiveX的WebGIS三维月球系统的运行方法，该方法包括步骤：
客户端浏览器(1)通过发布的网址，以HTTP请求的方式获取到网页Web服务器返回的网页响应，在客户端浏览器(1)上面显示一个交互页面；
客户端浏览器(1)中的三维前端控制模块依附ActiveX控件在浏览器上显示出一个三维的月球模型，再通过三维显示交互模块来完成在此三维模型上的各种人机交互，当用户有获取月球数据的交互请求时，通过客户端浏览器(1)中的三维场景数据访问模块向Web GIS服务器(3)发送请求，调用Web GIS服务器(3)中的全局服务目录模块从中获取可用的数据目录，客户端浏览器(1)要显示某个范围的瓦片数据，先从本地缓存寻找，如果没有找到相应的数据，发送相应请求到Web GIS服务器(3)的WebGIS服务模块来获取数据；
Web GIS服务器(3)接收到客户端浏览器(1)的请求后，先在本服务器缓存中寻找相应数据缓存，如果有相应数据的缓存则返回给客户端浏览器(1)，如果没有则向GIS服务器(4)发送请求；
GIS服务器(4)中的通用服务模块接收Web GIS服务器(3)发送的请求，然后由负载均衡模块进行处理分析选择一个最优的应用服务器进行处理，该应用服务器从数据服务器(5)获取原始数据，先由GIS服务器(4)中地理空间信息存储与访问模块来存储和管理，再由地图制作与发布模块对原始数据进行切图形成地图瓦片数据，最后返回给Web GIS服务器(3)，Web GIS服务器(3)把获取到的瓦片数据放在缓存中以备之后的调用，同时把这个瓦片数据返回给客户端浏览器(1)。
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