CN103337090A - 月球模型远程交互浏览可视化方法、客户端及系统 - Google Patents
月球模型远程交互浏览可视化方法、客户端及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种月球模型远程交互浏览可视化方法、客户端及系统，该月球模型远程交互浏览可视化方法包括：获取月球表面半规则网格模型；获取所述月球表面半规则网格模型当前可见的纹理分块的编号；将该编号发送该服务端；获取该服务端发送的与该编号对应的第一纹理分块数据；根据该第一纹理分块数据对该月球表面半规则网格模型进行纹理贴图。本发明减少了用户的等待时间，提高了用户体验。
Description
技术领域
本发明涉及全月球虚拟模型构建领域，尤其涉及一种月球模型远程交互浏览可视化方法、客户端及系统。
背景技术
2007年10月24日我国第一个月球轨道探测器成功发射，在轨运行495天，共获得1.37TB的原始科学探测数据，通过对这些科学探测数据的初步分析和应用研究，已经获得了包括月球三维地形图（DEM）和全月球影像图在内的一系列科学成果，为推动我国月球科学和天体化学的研究和后续月球探测工程的开展奠定了基础。
随着嫦娥一号的成功发射，国内公众对于月球方面知识的需求也与日俱增，基于网络与电脑平台的“虚拟月球”为公众提供了很大的便利。目前我们在网络上能广泛获得的诸如：谷歌公司的Google Moon、NASA的World Wind Moon、法国的Virtual Moon Atlas，为公众认识月球提供了便利的条件，但上述软件利用的是国外的数据，在极地区域还存在纹理汇聚的问题，因此如何利用嫦娥一号数据构建自主的月球模型是国内月球研究的重点。近年来，国内围绕嫦娥一号数据的可视化研究主要有成都理工大学的数字月球平台、中国科学院国家天文台的月球三维可视化系统和清华大学与澳门科技大学联合的月球模型研究工作，成果包括月球三维和地名地标展示、月球DEM数据展示、月球各元素分布展示、月球网格模型的远程浏览、CCD相机和激光测距数据的局域网三维可视化系统等。但是由于月球纹理的数据量大，远程传输耗时过长，当用户通过终端远程观看带纹理和标注的月球模型时，需要将全部的月球纹理数据传输到用户终端，大大增加了用户的等待时间，降低了用户的体验。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何避免将全部的月球纹理数据传输到用户终端，减少用户的等待时间，提高用户的体验。
（二）技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种月球模型远程交互浏览可视化方法，包括：
获取月球表面半规则网格模型；
获取所述月球表面半规则网格模型当前可见的纹理分块的编号；
将所述编号发送所述服务端；
获取所述服务端发送的与所述编号对应的第一纹理分块数据；
根据所述第一纹理分块数据对所述月球表面半规则网格模型进行纹理贴图。
进一步地，获取所述月球表面半规则网格模型当前可见的纹理分块的编号，包括：
获取所述月球表面半规则网格模型当前视域范围内的月球区域，所述月球区域为每一个纹理分块在所述月球表面半规则网格模型对应的区域；
根据所述月球区域对应的纹理分块的法向量判定所述纹理分块是否当前可见；
获取所述当前可见的纹理分块对应的编号。
进一步地，获取所述月球表面半规则网格模型当前视域范围内的月球区域，包括：
根据用户视点以及所述获取月球表面半规则网格模型确定当前视域范围；
获取每一个纹理分块对应的月球区域的包围球；
获取在所述当前视域范围内的包围球；
将所述当前视域范围内的包围球对应的月球区域作为当前视域范围内的月球区域。
进一步地，在获取所述月球表面半规则网格模型当前可见的纹理分块的编号之后，还包括：
获取所述当前可见的纹理分块的像素深度；
将所述像素深度发送服务端，以便所述服务端按照所述像素深度从预先存储的第二纹理分块数据中提取得到第一纹理分块数据。
进一步地，获取所述当前可见的纹理分块的像素深度，包括：
计算用户视点与所述月球表面半规则网格模型的月心的距离；
根据所述距离确定所述当前可见的纹理分块的像素深度。
进一步地，根据所述距离确定所述当前可见的纹理分块的像素深度，包括：
若所述距离大于或等于第一预设距离，确定所述像素深度为第一预设值；
若所述距离小于第一预设距离且大于第二预设距离，确定所述像素深度为第二预设值；
若所述距离小于或等于所述第二预设距离，确定所述像素深度为第三预设值。
进一步地，所述第一预设距离为区间[3.4r,3.6r]中的任意值，所述第二预设距离为区间[1.4r,1.6r]中的任意值，所述r为所述月球表面半规则网格模型的月球半径，所述第一预设值为区间[0.4,0.6]中的任意值，所述第二预设值为区间[0.9,1.1]中的任意值，所述第三预设值为区间[1.9,2.1]中的任意值。
为解决上述问题，本发明还提供了一种客户端，所述客户端包括：
第一获取模块，用于获取月球表面半规则网格模型；
第二获取模块，用于获取所述月球表面半规则网格模型当前可见的纹理分块的编号；
发送模块，用于将所述编号发送所述服务端；
第三获取模块，用于获取所述服务端发送的与所述编号对应的第一纹理分块数据；
贴图模块，用于根据所述第一纹理分块数据对所述月球表面半规则网格模型进行纹理贴图。
进一步地，所述客户端还包括：
第四获取模块，用于获取所述当前可见的纹理分块的像素深度；
第二发送模块，用于将所述像素深度发送服务端，以便所述服务端按照所述像素深度从预先存储的第二纹理分块数据中提取得到第一纹理分块数据。
为解决上述问题，本发明还提供了一种月球模型远程交互浏览可视化系统，包括客户端和服务端，所述服务端用于接收所述客户端发送的当前可见的纹理分块的编号，并根据接收的编号向所述客户端发送对应的第一纹理分块数据，所述客户端包括：
第一获取模块，用于获取月球表面半规则网格模型；
第二获取模块，用于获取所述月球表面半规则网格模型当前可见的纹理分块的编号；
发送模块，用于将所述编号发送所述服务端；
第三获取模块，用于获取所述服务端发送的与所述编号对应的第一纹理分块数据；
贴图模块，用于根据所述第一纹理分块数据对所述月球表面半规则网格模型进行纹理贴图。
（三）有益效果
本发明通过获取当前可见的纹理分块的编号，并将该编号发送该服务端，然后获取该服务端发送的该编号对应的第一纹理分块数据；并根据该第一纹理分块数据对该月球表面半规则网格模型进行纹理贴图，避免了将全部的月球纹理数据传输到用户终端，从而大大减少了用户的等待时间，提高了用户体验。
附图说明
图1是本发明提供的一种月球模型远程交互浏览可视化方法的流程图；
图2是本发明提供的月球纹理分割流程图；
图3为本发明提供的南极纹理分块的示意图；
图4为本发明提供的中间东半球纹理分块的示意图；
图5为本发明提供的月球纹理分块遮挡判定的示意图；
图6是本发明提供的一种客户端的结构图；
图7是本发明提供的月球模型远程交互浏览可视化系统信息交互流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的核心思想为：当用户通过终端远程观看月球模型时，只需将当前可见的纹理分块的数据传输到终端，避免了将全部的月球纹理数据传输到用户终端，从而大大减少了用户的等待时间，提高了用户体验。
图1是本发明提供的一种月球模型远程交互浏览可视化方法的流程图，该方法包括：
S1：获取月球表面半规则网格模型；
具体地，对嫦娥一号LAM数据进行去噪、三角网格化、细分重采样等处理，在客户端获得约5万四边形面片组成的低分辨的月球表面半规则网格模型。
S2：获取所述月球表面半规则网格模型当前可见的纹理分块的编号；
具体地，参见图2，可以预先在服务端对嫦娥一号CCD立体相机数据得到的月球影像数据区分两极附近区域和中间区域进行分割，对两极附近区域纹理进行坐标转换得到两极地区圆形纹理（圆形纹理以极点为中心，每条纬度线对应一条圆圈且从内向外纬度依次降低），获得区分两极和中间部分东西半球4个区域的分片纹理，然后对上述4片纹理进一步分割，获取170块月球纹理分块，南极纹理和中间东半球纹理分块，参见图3和图4，其中，图3是南极纹理分块的示意图，图4是中间东半球纹理分块的示意图，对该170块月球纹理分块中每一个月球纹理分块进行编号，对各个纹理分块进行小波变换并使用SPIHT压缩编码，得到分块的渐进码流即为纹理分块数据，将这些纹理分块数据存储供客户端调用，客户端只需获取当前可见的纹理分块的编号，然后将该编号发送服务端，服务端根据该编号向客户端发送相应的数据。
S3：将所述编号发送所述服务端；
S4：获取所述服务端发送的与所述编号对应的第一纹理分块数据；
其中，该第一纹理分块数据可以为预先存储的纹理分块数据，也可以为对预先存储的纹理分块数据进一步处理得到的数据。
S5：根据所述第一纹理分块数据对所述月球表面半规则网格模型进行纹理贴图。
根据获取的第一纹理分块数据重构出相应的纹理图像，对所述月球表面半规则网格模型中的月球网格进行贴图渲染。此外，还可以在客户端对所述月球表面半规则网格模型分级添加标注，以增强月球模型的知识性。
本实施方式通过获取当前可见的纹理分块的编号，并将该编号发送该服务端，然后获取该服务端发送的该编号对应的第一纹理分块数据；并根据该第一纹理分块数据对该月球表面半规则网格模型进行纹理贴图，避免了将全部的月球纹理数据传输到用户终端，从而大大减少了用户的等待时间，提高了用户体验。
优选地，步骤S2具体包括：
S21：获取所述月球表面半规则网格模型当前视域范围内的月球区域，所述月球区域为每一个纹理分块在所述月球表面半规则网格模型对应的区域，具体可以采用以下步骤：
S211：根据用户视点以及所述获取月球表面半规则网格模型确定当前视域范围，该视域范围可以由图形学中的六个面的视棱台表示，具体公式如下：
ni·(x,y,z)+di=0,i=1,2,3,4,5,6 (1)
其中，ni为第i个面朝向视棱锥内部的单位法向量，di则为第i个面的位置参数。
S212：获取每一个纹理分块对应的月球区域的包围球；
针对各个纹理分块所在月球区域建立包围球，根据包围球是否在视域范围内判定纹理分块是否在视域内。
S213：获取在所述当前视域范围内的包围球，具体采用以下判定方法：
ni·Sc+di<-r,i=1,2,3,4,5,6 (2)
Sc为所述包围球的中心，r为包围球的半径，若所述包围球满足上述公式，认为包围球完全不在视域范围内，反之则包围球部分或完全在视域范围内。
S214：将所述当前视域范围内的包围球对应的月球区域作为当前视域范围内的月球区域。
S22：根据所述月球区域对应的纹理分块的法向量判定所述纹理分块是否当前可见；
具体地，对于任一月球纹理分块，可以定义一个月心方向锥来包围整个分块，参见图5，锥体法向量Cn为纹理分块所在月球区域内网格的法向的平均值，锥角θ为纹理分块所在区域内的所有网格顶点的月心方向与轴向量Cn夹角的最大值，定义视线方向与月心方向锥轴向量夹角为α，视点与球体切点和月心连线方向与视线方向的夹角为β，如果对于任一分块，其月心方向锥满足公式：
α+β+θ>180° (3)
则说明该纹理分块部分被遮挡或未被遮挡，即该纹理分块可见，如果不满足公式(3)，则说明该纹理分块完全被遮挡，即该纹理分块不可见。
进一步地，如果满足公式
α+β-θ>180° (4)
则该纹理分块未被遮挡。
如果纹理分块在视棱锥内且满足公式(3)，则该分块可见，如完全在视棱锥内且满足公式(4)，则该分块完全可见，在传输解压过程中应最优先。
S23：获取所述当前可见的纹理分块对应的编号。
具体地，在步骤S2之后，上述方法还包括：
获取所述当前可见的纹理分块的像素深度；
将所述像素深度发送服务端，以便所述服务端按照所述像素深度从预先存储的第二纹理分块数据中提取得到第一纹理分块数据。
其中，获取所述当前可见的纹理分块的像素深度的方法包括：
计算用户视点与所述月球表面半规则网格模型的月心的距离；
根据所述距离确定所述当前可见的纹理分块的像素深度，具体地，可以采用以下方式：
若所述距离大于或等于第一预设距离，确定所述像素深度为第一预设值；
若所述距离小于第一预设距离且大于第二预设距离，确定所述像素深度为第二预设值；
若所述距离小于或等于所述第二预设距离，确定所述像素深度为第三预设值。
具体地，所述第一预设距离为区间[3.4r,3.6r]中的任意值，所述第二预设距离为区间[1.4r,1.6r]中的任意值，所述r为所述月球表面半规则网格模型的月球半径，所述第一预设值为区间[0.4,0.6]中的任意值，所述第二预设值为区间[0.9,1.1]中的任意值，所述第三预设值为区间[1.9,2.1]中的任意值。例如，当该距离大于或等于3.5r时，每个当前可见的纹理分块仅传输0.5比特/像素（bpp）供重构纹理；当该距离小于3.5r且大于1.5r时，每个当前可见的纹理分块传输1.0bpp；当该距离小于1.5r时，每个当前可见的纹理分块传输2.0bpp重构出精细纹理。
此外，还可以在客户端根据视点远近对月球模型分级添加标注，增强月球模型的知识性。
本实施方式通过获取当前可见的纹理分块的编号，并将该编号发送该服务端，然后获取该服务端发送的该编号对应的第一纹理分块数据；并根据该第一纹理分块数据对该月球表面半规则网格模型进行纹理贴图，避免了将全部的月球纹理数据传输到用户终端，此外，根据当前可见的纹理分块的像素深度对预先存储的第二纹理分块数据进行进一步地处理，得到第一纹理分块数据，进一步减小了数据传输量，从而大大减少了用户的等待时间，提高了用户体验。
此外，图6是本发明提供的一种客户端的结构图，该客户端包括：
第一获取模块601，用于获取月球表面半规则网格模型；
第二获取模块602，用于获取所述月球表面半规则网格模型当前可见的纹理分块的编号；
发送模块603，用于将所述编号发送所述服务端；
第三获取模块604，用于获取所述服务端发送的与所述编号对应的第一纹理分块数据；
贴图模块605，用于根据所述第一纹理分块数据对所述月球表面半规则网格模型进行纹理贴图。
优选地，上述客户端还包括：
第四获取模块，用于获取所述当前可见的纹理分块的像素深度；
第二发送模块，用于将所述像素深度发送服务端，以便所述服务端按照所述像素深度从预先存储的第二纹理分块数据中提取得到第一纹理分块数据。
本实施方式提供的客户端通过获取当前可见的纹理分块的编号，并将该编号发送该服务端，然后获取该服务端发送的该编号对应的第一纹理分块数据；并根据该第一纹理分块数据对该月球表面半规则网格模型进行纹理贴图，避免了将全部的月球纹理数据传输到用户终端，此外，根据当前可见的纹理分块的像素深度对预先存储的第二纹理分块数据进行进一步地处理，进一步减小了数据传输量，从而大大减少了用户的等待时间，提高了用户体验。
此外，本发明还提供了一种月球模型远程交互浏览可视化系统，包括客户端和服务端，所述服务端用于接收所述客户端发送的当前可见的纹理分块的编号，并根据接收的编号向所述客户端发送对应的第一纹理分块数据，所述客户端包括：
第一获取模块，用于获取月球表面半规则网格模型；
第二获取模块，用于获取所述月球表面半规则网格模型当前可见的纹理分块的编号；
发送模块，用于将所述编号发送所述服务端；
第三获取模块，用于获取所述服务端发送的与所述编号对应的第一纹理分块数据；
贴图模块，用于根据所述第一纹理分块数据对所述月球表面半规则网格模型进行纹理贴图。
参见图7，图7是本发明实施方式提供的月球模型远程交互浏览可视化系统信息交互流程图，该月球模型远程交互浏览可视化系统包括客户端和服务端，该客户端和服务端通过可靠网络连接，服务端将月球影像进行分割转换得到多块月球纹理分块，将该多块月球纹理分块进行压缩编码，客户端通过对月球LAM数据进行预处理，得到月球表面半规则网格模型，然后客户端向服务端申请当前可见的纹理分块数据进行贴图，根据视点远近对该月球表面半规则网格模型分级添加标注，得到带纹理和标注的月球模型。
本实施方式提供的月球模型远程交互浏览可视化系统通过获取当前可见的纹理分块的编号，并将该编号发送该服务端，然后获取该服务端发送的该编号对应的第一纹理分块数据；并根据该第一纹理分块数据对该月球表面半规则网格模型进行纹理贴图，避免了将全部的月球纹理数据传输到用户终端，此外，根据当前可见的纹理分块的像素深度对预先存储的第二纹理分块数据进行进一步地处理，进一步减小了数据传输量，从而大大减少了用户的等待时间，提高了用户体验，此外，该系统有效地解决月球纹理两极汇聚模糊的问题。
Claims (10)
1.一种月球模型远程交互浏览可视化方法，其特征在于，包括：
获取月球表面半规则网格模型；
获取所述月球表面半规则网格模型当前可见的纹理分块的编号；
将所述编号发送所述服务端；
获取所述服务端发送的与所述编号对应的第一纹理分块数据；
根据所述第一纹理分块数据对所述月球表面半规则网格模型进行纹理贴图。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述月球表面半规则网格模型当前可见的纹理分块的编号，包括：
获取所述月球表面半规则网格模型当前视域范围内的月球区域，所述月球区域为每一个纹理分块在所述月球表面半规则网格模型对应的区域；
根据所述月球区域对应的纹理分块的法向量判定所述纹理分块是否当前可见；
获取所述当前可见的纹理分块对应的编号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取所述月球表面半规则网格模型当前视域范围内的月球区域，包括：
根据用户视点以及所述获取月球表面半规则网格模型确定当前视域范围；
获取每一个纹理分块对应的月球区域的包围球；
获取在所述当前视域范围内的包围球；
将所述当前视域范围内的包围球对应的月球区域作为当前视域范围内的月球区域。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取所述月球表面半规则网格模型当前可见的纹理分块的编号之后，还包括：
获取所述当前可见的纹理分块的像素深度；
将所述像素深度发送服务端，以便所述服务端按照所述像素深度从预先存储的第二纹理分块数据中提取得到第一纹理分块数据。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，获取所述当前可见的纹理分块的像素深度，包括：
计算用户视点与所述月球表面半规则网格模型的月心的距离；
根据所述距离确定所述当前可见的纹理分块的像素深度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述距离确定所述当前可见的纹理分块的像素深度，包括：
若所述距离大于或等于第一预设距离，确定所述像素深度为第一预设值；
若所述距离小于第一预设距离且大于第二预设距离，确定所述像素深度为第二预设值；
若所述距离小于或等于所述第二预设距离，确定所述像素深度为第三预设值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一预设距离为区间[3.4r,3.6r]中的任意值，所述第二预设距离为区间[1.4r,1.6r]中的任意值，所述r为所述月球表面半规则网格模型的月球半径，所述第一预设值为区间[0.4,0.6]中的任意值，所述第二预设值为区间[0.9,1.1]中的任意值，所述第三预设值为区间[1.9,2.1]中的任意值。
8.一种客户端，其特征在于，所述客户端包括：
第一获取模块，用于获取月球表面半规则网格模型；
第二获取模块，用于获取所述月球表面半规则网格模型当前可见的纹理分块的编号；
发送模块，用于将所述编号发送所述服务端；
第三获取模块，用于获取所述服务端发送的与所述编号对应的第一纹理分块数据；
贴图模块，用于根据所述第一纹理分块数据对所述月球表面半规则网格模型进行纹理贴图。
9.根据权利要求8所述的客户端，其特征在于，所述客户端还包括：
第四获取模块，用于获取所述当前可见的纹理分块的像素深度；
第二发送模块，用于将所述像素深度发送服务端，以便所述服务端按照所述像素深度从预先存储的第二纹理分块数据中提取得到第一纹理分块数据。
10.一种月球模型远程交互浏览可视化系统，包括客户端和服务端，其特征在于，所述服务端用于接收所述客户端发送的当前可见的纹理分块的编号，并根据接收的编号向所述客户端发送对应的第一纹理分块数据，所述客户端包括：
第一获取模块，用于获取月球表面半规则网格模型；
第二获取模块，用于获取所述月球表面半规则网格模型当前可见的纹理分块的编号；
发送模块，用于将所述编号发送所述服务端；
第三获取模块，用于获取所述服务端发送的与所述编号对应的第一纹理分块数据；
贴图模块，用于根据所述第一纹理分块数据对所述月球表面半规则网格模型进行纹理贴图。
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103337090B (zh) | 2016-07-13 |
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