CN104615735B - 一种基于地理信息空间系统的时空信息可视化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于地理信息空间系统的时空信息可视化方法，具体实施步骤分为：首先建立一种文档式的场景管理方法和对象树的页面元素管理机制即搭建一个二、三维一体化的渲染引擎；将二、三维一体化的渲染引擎封装为控件层嵌入WPF主窗体等六个步骤。本发明结合了二三维一体化的可视化表达方式，同时具有多维地理空间信息要素的表达能力，能够快速地创建功能强大引人入胜的仿真场景。

Description

一种基于地理信息空间系统的时空信息可视化方法

技术领域

本发明涉及一种时空信息可视化方法，尤其涉及一种基于地理信息空间系统的时空信息可视化方法。

背景技术

随着多媒体技术的发展和计算机性能的快速提高，信息的采集，传播的速度和规模达到空前的水平，从浩如烟海的信息海洋中迅速而准确地获取自己需要的信息进行整合、提取、并通过可视化的方式给展示出来，以方便各类人员进行交流学习成为迫切需求。从人类懂得通过信息来认识和改造世界开始，信息主要是以图形化的形式存在。传统的方式是通过二维多媒体(包含图片，文字，声音视频等)信息传递，二维的图形界面展示的信息是非常抽象的，不够直观，同时缺乏地理信息时空要素的表达。因此，需要设计一种结合二三维一体化可视化技术，同时兼顾多维空间信息要素的表达，可以快速地构建一个直观可视化场景的方法。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种基于地理信息空间系统的时空信息可视化方法。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：1、一种基于地理信息空间系统的时空信息可视化方法，具体实施步骤为：

a、首先建立一种文档式的场景管理方法和对象树的页面元素管理机制即搭建一个二、三维一体化的渲染引擎，即内核层，支持三维球面投影和二维平面投影的方式；同时该内核层可以构建局部的三维场景；内核层通过提供插件动态库的方式对不同的数据类型进行驱动；

b、将二、三维一体化的渲染引擎封装为控件层嵌入WPF主窗体，通过数据模板和依赖属性绑定的方式，将数据转换层和控件层进行关联，每个页面通过截屏的方式保存对当前场景的所有元素的状态，以实现当前活动页面与场景要素的同步；

c、建立二、三维一体化的场景编辑器，场景可以打开，保存以及自动保存；基于剪切板的复制粘贴机制，可以直接从Word、Excel、PPT中复制图片元素到场景中，场景中的三维元素以及基于二维屏幕的图文元素可以复制，粘贴，对场景中各个元素的不同属性进行设置和编辑；同时，可以将三维实体之间、三维实体与二维元素之间、二维元素与数字地球之间自由组合锚定。在场景编辑时可以对当前视角当成资源一样进行收藏，修改视角名字方便下一次使用，甚至可以将收藏的视角拷贝给其他用户使用；

d、对场景中的元素属性变化可以设置运动动画、姿态动画、骨骼动画、粒子特效动画、大小动画等属性动画；实体关联动画如波束动画；场景动画如视角变化动画、爆炸动画、场景漫游动画；同时对于同一元素的不同属性动画可以组合，立方体既行路径动画，又有大小动画，当时间刻线到二者重合部位可以同时触发路径动画及大小动画；

e、利用插件的机制以及内核层可以展示的数据类型，实现特定行业的业务需求；

f、建立云存的后台服务器，将需要展示的数据，如高分辨率的影像、高程、欠量、地名、模型、图标等在服务器端进行统一的管理、存储。

方法的实现基于以下方面：

a、基于文档式的场景管理和对象树的场景元素管理机制；

b、基于可视化技术建立的场景编辑器；

c、基于对场景中各个元素的不同属性进行编辑；

d、基于多元化的数据驱动；

e、基于插件式的业务拓展能力；

f、基于大数据的云存储技术。

基于文档式的场景管理和对象树的场景元素管理机制，其特征在于，类似PPT的文档和页面管理方式组织场景，每个页面通过截屏的方式保存当前活动场景的所有元素的状态，以实现当前活动页面与场景要素的同步；在每个页面文档利用对象树的方式对页面元素进行管理；支持对象的任意分组、对象的关键字查询、二三维球面对象的双击定位、控制选取、同时，提供对象锁定功能，当对象叠加选取困难时，锁定一些不需要处理的对象、以方便精确点击选取以及框选。

可视化技术建立的场景编辑器，特征如下：

a、可以实现球面投影数字地球，平面投影数字地球和局部三维场景的切换；

b、基于剪切板的复制粘贴功能，可以实现不同页面之间元素的复制、粘贴，以及不同应用程序之间的复制粘贴；

c、支持球面三维实体元素之间、三维实体与屏幕二维元素之间、屏幕二维元素与数字地球之间可以自由组合锚定、保持相对不变的地理空间位置；同时，也可以灵活的控制各个部分的分离；

d、支持视角收藏功能，将视角当资源，任意保存当前视角、修改视角名字，方便下一次使用、同时把收藏的视角拷贝给其他用户使用；

e、主窗体支持分辨率设置功能，保证编辑好的场景及动画在不同分辨率屏幕下保持一致的比例播放；

f、在场景编辑过程中，具备自动保存的功能，同时设置自动保存的时间；在场景编辑过程中，对于不可抗拒因素出现的错误，如断电，可以找回系统最近保存的场景脚本；

g、具备快速样式功能，根据美学的基础，提供多种色彩样式搭配方案，可以直接选取快速的改变标绘对象整体的样式，也可以改变对象的局部样式，如透明度、填充色、边框颜色、发光效果；

h、具备影像打包的功能；可以连接其他OGC服务数据，可以缓存到本地并打包到场景中，将场景中需要展示区域的高清影像数据一起打包保存为场景文件，可以再次打开使用。

基于对场景中各个元素的不同属性进行编辑，其特征如下：

a、对于单个场景页面元素可以根据该元素的所具备的属性设置属性动画、如运动动画、姿态动画、骨骼动画、粒子特效动画、大小动画、消隐动画、闪烁动画、延伸动画；实体之间的关联动画，如波束动画；场景动画如视角变化动画、旋转地球、视角跟随、视角切换、相机漫游；

b、利用时间刻度线对动画场景进行管理，对于同一元素的不同属性动画可以组合，同时，对动画可以进行合理的分组形成独立的故事版，利用触发动画可以编排动画的播放顺序。

基于多元化的数据驱动，其特征如下：

a、可以将音视频、图片、文字、空间数据等信息进行综合展示；

b、同时，场景中提供一些特效渲染，以使视觉效果更佳；

基于插件式的业务拓展能力，其特征如下：

a、利用插件的机制以及内核层可展示的数据类型，基于现有标准、接口定制拓展业务功能、实现特定行业的业务拓展需求、如军标、卫星、态势。

大数据的云存储技术，其特征如下：

a、将模型、图标、欠量、影像、地名、声音、视频以及其他多媒体资源等在云存服务器端进行统一的管理、分享；

b、该方法也提供单机版的，具有少量素材资源的场景编辑方法。

本发明结合了二三维一体化的可视化表达方式，同时具有多维地理空间信息要素的表达能力，能够快速地创建功能强大引人入胜的仿真场景。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的架构图。

图2为本发明搭建的球面投影数字地球示意图。

图3为本发明搭建的平面投影数字地球示意图。

图4为本发明实现的基于文档式的场景管理示意图。

图5为本发明实现的场景编辑器中三维场景实体要素示意图

图6为本发明实现的动画触发器面板示意图。

图7为本发明基于插件机制的功能拓展结构示意图。

图8为本发明验证方法可行性的GeoPPT截图最终效果示意图。

具体实施方式

本发明的实现步骤如下：

1、根据图1所示，首先建立一种文档式的场景管理方法和对象树的页面元素管理机制即搭建一个二、三维一体化的渲染引擎，即内核层，支持三维球面投影和二维平面投影的方式；如图2、图3所示，同时该内核层可以构建局部的三维场景；内核层通过提供插件动态库的方式对不同的数据类型进行驱动，如模型、图标、粒子、欠量、影像；

2、将二、三维一体化的渲染引擎封装为控件层嵌入WPF主窗体，通过数据模板和依赖属性绑定的方式，将数据转换层和控件层进行关联，每个页面通过截屏的方式保存对当前场景的所行元素的状态，以实现当前活动页面与场景要素的同步；

3、建立二、三维一体化的场景编辑器，场景可以打开，保存以及自动保存；基于剪切板的复制粘贴机制，可以直接从Word、Excel、PPT中复制图片元素到场景中，场景中的三维元素以及基于二维屏幕的图文元素可以复制，粘贴，对场景中各个元素的不同属性进行设置和编辑；同时，可以将三维实体之间、三维实体与二维元素之间、二维元素与数字地球之间自由组合锚定。在场景编辑时可以对当前视角当成资源一样进行收藏，修改视角名字方便下一次使用，甚至可以将收藏的视角拷贝给其他用户使用；

4、对场景中的元素属性变化可以设置运动动画、姿态动画、骨骼动画、粒子特效动画、大小动画等属性动画；实体关联动画如波束动画；场景动画如视角变化动画、爆炸动画、场景漫游动画；同时对于同一元素的不同属性动画可以组合，如图6所示，立方体既有路径动画，又有大小动画，当时间刻线到二者重合部位可以同时触发路径动画及大小动画；

5、利用插件的机制以及内核层可以展示的数据类型，实现特定行业的业务需求，如军标、卫星、态势等行业；

6、建立云存的后台服务器，将需要展示的数据，如高分辨率的影像、高程、矢量、地名、模型、图标等在服务器端进行统一的管理、存储。

基于文档式的场景管理和对象树的场景元素管理机制，其特征在于：类似PPT的文档和页面管理方式组织场景，每个页面通过截屏的方式保存当前活动场景的所有元素的状态，以实现当前活动页面与场景要素的同步；在每个页面文档利用对象树的方式对页面元素进行管理。可以支持对象的任意分组、对象的关键字查询、二三维球面对象的双击定位、控制选取等、同时，提供对象锁定功能，当对象叠加选取困难时，可以锁定一些不需要处理的对象、以方便精确点击选取以及框选；

基于可视化技术建立的场景编辑器(含球面投影数字地球、平面投影数字地球、局部三维场景以及二维屏幕绘制等)，其特征如下：

1、可以实现球面投影数字地球，平面投影数字地球和局部三维场景的切换；

2、基于剪切板的复制粘贴功能，可以实现不同页面之间元素的复制、粘贴，以及不同应用程序之间的复制粘贴。如，可以支持从Word，Excel，PPT中粘贴图片、文字资源；

3、支持球面三维实体元素之间、三维实体与屏幕二维元素之间、屏幕二维元素与数字地球之间可以自由组合锚定、保持相对不变的地理空间位置；同时，也可以灵活的控制各个部分的分离；

4、支持视角收藏功能，可以将视角当资源一样，可以任意保存当前视角、修改视角名字，方便下一次使用、同时，可以把收藏的视角拷贝给其他用户使用；

5、主窗体支持分辨率设置功能，可以保证编辑好的场景及动画在不同分辨率屏幕下保持一致的比例播放；

6、在场景编辑过程中，具备自动保存的功能，同时，可以设置自动保存的时间。在场景编辑过程中，对于不可抗拒因素出现的错误，如断电等，可以找回系统最近保存的场景脚本；

7、具备快速样式功能，根据美学的基础，提供多种色彩样式搭配方案，可以直接选取快速的改变标绘对象整体的样式，也可以改变对象的局部样式，如透明度、填充色、边框颜色、发光效果等；

8、具备影像打包的功能。可以连接其他OGC服务数据；可以缓存到本地并打包到场景中，将场景中需要展示区域的高清影像数据一起打包保存为场景文件，可以再次打开使用。

基于对场景中各个元素的不同属性进行编辑，其特征如下：

1、对于单个场景页面元素可以根据该元素的所具备的属性设置属性动画、如运动动画、姿态动画、骨骼动画、粒子特效动画、大小动画、消隐动画、闪烁动画、延伸动画；实体之间的关联动画，如波束动画；场景动画如视角变化动画、旋转地球、视角跟随、视角切换、相机漫游等。

2、利用时间刻度线对动画场景进行管理，对于同一元素的不同属性动画可以组合，同时，对动画可以进行合理的分组形成独立的故事版，利用触发动画可以编排动画的播放顺序；

基于多元化的数据驱动，其特征如下：

1、可以将音视频、图片、文字、空间数据等信息进行综合展示，可视化的数据类型包含：地形/地貌、地名、地图、气候、气象、水文、电磁、天气、天空、水体、燃烧、昼夜等特效等，以及影像、高程、矢量、模型、粒子等

2、同时，场景中提供一些特效渲染，以使视觉效果更佳。如天空特效、海洋特效、行政区高亮、雾化效果、鸟瞰图、发光、阴影、疆界线等。

基于插件式的业务拓展能力，其特征如下：

1、利用插件的机制以及内核层可展示的数据类型，基于现有标准、接口定制拓展业务功能、实现特定行业的业务拓展需求、如军标、卫星、态势等。

基于大数据的云存储技术，其特征如下：

1、将模型、图标、矢量、影像、地名、声音、视频以及其他多媒体资源等在云存服务器端进行统一的管理、分享。

2、该方法也提供单机版的，具有少量素材资源的场景编辑方法。

本发明的功能原理为：

1、建立一种文档式的场景管理方法和对象树的页面元素管理机制，类似PPT的文档和页面管理方式组织场景，在每个页面文档利用对象树的方式对页面元素进行管理。可以支持对象的任意分组、对象的关键字查询、三维对象的双击定位、控制选取等。同时，为了解决对象叠加选取困难问题，还提供了对象锁定功能、可以锁定一些不需要处理的对象、极大程度的方便了精确点击选取以及框选。

2、每个页面文档里面利用可视化技术建立二三维一体化的场景编辑器(含球面投影数字地球、平面投影数字地球、局部三维场景，以及各种特效等)，在二三维数字地球上支持空、天、海、地等各类实体的标绘以及基于二维屏幕的图文面板标绘，提供批量复制和编辑的功能，支持大数据量加载和资源复用，可以让三维实体之间、三维实体和二维元素，二维元素和数字地球之间自由组合锚定，保持相对不变的地理空间位置。同时，也可以灵活的控制各个部分的分离。

3、赋予二三维场景中的实体要素不同的动画属性，如路径动画、姿态动画、粒子特效动画、大小动画、颜色动画、视角切换动画等，采用触发器加故事版的模式，对场景动画进行驱动；

4、本发明具备多源数据的综合展示能力，可以将音视频、图片、文字、空间数据等信息进行综合展示，可视化的数据类型包含：地形/地貌，地名，地图，气候、气象、水文、电磁，天气、天空、水体、燃烧、昼夜等特效，影像、矢量、标注，GIF、模型、粒子等。

5、本发明具备定制开发的能力，采用插件式框架，可基于静态标绘及动画提供的接口快速定制自己的标绘、动画。也可基于现有标准、接口定制拓展业务功能，如卫星、态势、军标等，同时，可以接入XML，Excel，数据库以及其他实时的业务数据包等

6、利用云存储技术建立起信息资源(包含影像、地名、Shape文件、模型、图片、声音、视频等其他数据)的存储、管理、共享、交换和服务的通用平台。

最后，为了验证本发明方法的可行性，本发明利用该方法设计实现了GeoPPT产品，从技术角度验证了本方法的可行性。与现有的技术方法相比，本方法突破了常规地理信息系统的表达方式，采用了文档式的场景管理方法，结合二三维一体化的可视化方式建立时空数据的关联、分享，可以为用户提供简单易用的展示工具，可被广泛应用于军事情报论证保障、课题论证演示、地理历史教育、市政规划介绍、新闻事件回放、驴友故事分享、历史战争重现等领域。

信息主要是以图形化的形式存在。传统的方式是通过二维多媒体(包含图片，文字，声音视频等)信息传递，二维的图形界面展示的信息是非常抽象的，不够直观，同时缺乏地理信息时空要素的表达。因此，需要设计一种结合二三维一体化可视化技术，同时兼顾多维空间信息要素的表达，可以快速地构建一个直观可视化场景的方法。

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，所应理解的是，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)

1.一种基于地理信息空间系统的时空信息可视化方法，其特征在于：具体实施步骤为：

a、首先建立一种文档式的场景管理方法和对象树的页面元素管理机制即搭建一个二、三维一体化的渲染引擎，即内核层，支持三维球面投影和二维平面投影的方式；同时该内核层可以构建局部的三维场景；内核层通过提供插件动态库的方式对不同的数据类型进行驱动；

b、将二、三维一体化的渲染引擎封装为控件层嵌入WPF主窗体，通过数据模板和依赖属性绑定的方式，将数据转换层和控件层进行关联，每个页面通过截屏的方式保存对当前场景的所有元素的状态，以实现当前活动页面与场景要素的同步；

c、建立二、三维一体化的场景编辑器，场景可以打开，保存；基于剪切板的复制粘贴机制，可以直接从Word、Excel、PPT中复制图片元素到场景中，场景中的三维元素以及基于二维屏幕的图文元素可以复制，粘贴，对场景中各个元素的不同属性进行设置和编辑；同时，可以将三维实体之间、三维实体与二维元素之间、二维元素与数字地球之间自由组合锚定；在场景编辑时可以对当前视角当成资源一样进行收藏，修改视角名字方便下一次使用，也可以将收藏的视角拷贝给其他用户使用；

d、设置的场景中的元素属性包括运动动画、姿态动画、骨骼动画、粒子特效动画和大小动画；实体关联动画包括波束动画；场景动画包括视角变化动画、爆炸动画和场景漫游动画；同时对于同一元素的不同属性动画可以组合，立方体既有路径动画，又有大小动画，当时间刻线到二者重合部位可以同时触发路径动画及大小动画；

e、利用插件的机制以及内核层可以展示的数据类型，实现特定行业的业务需求；

f、建立云存的后台服务器，将需要展示的数据包括高分辨率的影像、高 程、矢量、地名、模型和图标在服务器端进行统一的管理、存储。

2.根据权利要求1所述的基于地理信息空间系统的时空信息可视化方法，其特征在于：方法的实现基于以下方面：

a、基于文档式的场景管理和对象树的场景元素管理机制；

b、基于可视化技术建立的场景编辑器；

c、基于对场景中各个元素的不同属性进行编辑；

d、基于多元化的数据驱动；

e、基于插件式的业务拓展能力；

d、基于大数据的云存储技术。

3.根据权利要求2所述的基于地理信息空间系统的时空信息可视化方法，其特征在于：所述基于文档式的场景管理和对象树的场景元素管理机制，其特征在于，包括PPT的文档和页面管理方式组织场景，每个页面通过截屏的方式保存当前活动场景的所有元素的状态，以实现当前活动页面与场景要素的同步；在每个页面文档利用对象树的方式对页面元素进行管理；支持对象的任意分组、对象的关键字查询、二三维球面对象的双击定位、控制选取、同时，提供对象锁定功能，当对象叠加选取困难时，锁定一些不需要处理的对象、以方便精确点击选取以及框选。

4.根据权利要求2所述的基于地理信息空间系统的时空信息可视化方法，其特征在于：基于可视化技术建立的场景编辑器，特征如下：

a、可以实现球面投影数字地球，平面投影数字地球和局部三维场景的切换；

b、基于剪切板的复制粘贴功能，可以实现不同页面之间元素的复制、粘贴，以及不同应用程序之间的复制粘贴；

c、支持球面三维实体元素之间、三维实体与屏幕二维元素之间、屏幕二维元素与数字地球之间可以自由组合锚定、保持相对不变的地理空间位置；同时，也可以灵活的控制各个部分的分离；

d、支持视角收藏功能，将视角当资源，任意保存当前视角、修改视角名字，方便下一次使用、同时把收藏的视角拷贝给其他用户使用；

e、主窗体支持分辨率设置功能，保证编辑好的场景及动画在不同分辨率屏幕下保持一致的比例播放；

f、在场景编辑过程中，具备自动保存的功能，同时设置自动保存的时间；在场景编辑过程中，对于不可抗拒因素出现的错误，包括断电，可以找回系统最近保存的场景脚本；

g、具备快速样式功能，根据美学的基础，提供多种色彩样式搭配方案，可以直接选取快速的改变标绘对象整体的样式，也可以改变对象的局部样式包括透明度、填充色、边框颜色和发光效果；

h、具备影像打包的功能；可以连接其他OGC服务数据，可以缓存到本地并打包到场景中，将场景中需要展示区域的高清影像数据一起打包保存为场景文件，可以再次打开使用。

5.根据权利要求2所述的基于地理信息空间系统的时空信息可视化方法，其特征在于：所述基于对场景中各个元素的不同属性进行编辑，其特征如下：

a、对于单个场景页面元素可以根据该元素的所具备的属性设置属性动画，包括运动动画、姿态动画、骨骼动画、粒子特效动画、大小动画、消隐动画、闪烁动画和延伸动画；实体之间的关联动画，包括波束动画；场景动画，包括视角变化动画、旋转地球、视角跟随、视角切换和相机漫游；

b、利用时间刻度线对动画场景进行管理，对于同一元素的不同属性动画可以组合，同时，对动画可以进行合理的分组形成独立的故事版，利用触发动画可以编排动画的播放顺序。

6.根据权利要求1所述的基于地理信息空间系统的时空信息可视化方法，其特征在于：基于多元化的数据驱动，其特征如下：

a、可以将音视频、图片、文字、空间数据信息进行综合展示；

b、同时，场景中提供一些特效渲染，以使视觉效果更佳。

7.根据权利要求2所述的基于地理信息空间系统的时空信息可视化方法，其特征在于：基于插件式的业务拓展能力，其特征如下：

a、利用插件的机制以及内核层可展示的数据类型，基于现有标准、接口定制拓展业务功能、实现特定行业的业务拓展需求，包括军标、卫星、态势。

8.根据权利要求2所述的基于地理信息空间系统的时空信息可视化方法，其特征在于：基于大数据的云存储技术，其特征如下：

a、将包括模型、图标、矢量、影像、地名、声音、视频的多媒体资源在云存服务器端进行统一的管理、分享；

b、该方法也提供单机版的，具有少量素材资源的场景编辑方法。