CN105701103A - 一种基于地理信息的三维应用系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于地理信息的三维应用系统，涉及地理信息处理和展示技术领域，其特征在于该系统是由数据引擎模块、资源请求调配模块和渲染引擎模块为主体构成，由关系型数据库、基础功能库和图形接口模块辅助构成的一个完整的系统。可以有效的解决基于地理信息数据的管理，空间数据组织、检索与分析，三维场景的组织与管理，海量数据的高效调度和模型、纹理共享，将地理信息数据快速地进行三维仿真形式展示等诸多问题。同时，可以扩展到各个不同的应用领域进行更为专业和有效的应用。

Description

一种基于地理信息的三维应用系统

技术领域

本发明涉及地理信息技术领域，特别涉及一种基于地理信息数据的管理，空间数据组织、检索与分析，三维实体对象的组织与管理，海量数据的高效调度和模型、纹理共享，将地理信息数据进行三维仿真形式应用的一种基于地理信息的三维应用系统。

背景技术

地理信息系统（GeographicInformationSystem或Geo－Informationsystem，GIS）有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。而这种技术可以应用在房地产领域中的建筑漫游，如房地产漫游，小区浏览，楼盘漫游，三维虚拟样板房等房地产虚拟现实三维展示；在规划领域中可以应用在市政规划，城市规划，城市形象展示，数字化城市，城市数字化工程，园区规划，场馆建设等；在园林领域可以用于园林场景的景区宣传，旅游景点开发，地形地貌表现，国家公园，森林公园，自然文化遗产保护，历史文化遗产记录，园区景观规划，场馆绿化，小区绿化，楼盘景观展示等；在工业设计领域可以为工业产品，电子产品进行展示；在游戏动画中可以实现动画展示、游戏动画电影动画等；在虚拟现实演播室，虚拟现实舞台，虚拟商业空间，虚拟现实环境表现等诸多项目的应用中起到展示与宣传，辅助销售，辅助办公等作用。

三维数据处理是将采集以及经运算分析后的结果以三维的形式对数据的表现、展示方式。三维数据相对二维数据更能表现出客观实际。

三维GIS与二维GIS一样，需要具备最基本的空间数据处理功能，如数据获取、数据组织、数据操纵、数据分析和数据表现等。相比于二维GIS，三维GIS具有以下优势：

1、空间信息的展示更为直观。从人们懂得通过空间信息来认识和改造世界开始，空间信息主要是以图形化的形式存在的。然而，用二维的图形界面展示空间信息是非常抽象的，只有专业的人士才懂得使用。相比二维GIS，三维GIS为空间信息的展示提供了更丰富、逼真的平台，使人们将抽象难懂的空间信息可视化和直观化，人们结合自己相关的经验就可以理解，从而做出准确而快速的判断。毫无疑问，三维GIS在可视化方面有着得天独厚的优势。虽然三维GIS的动态交互可视化功能对计算机图形技术和计算机硬件也提出了特殊的要求，但是一些先进的图形卡、工作站以及带触摸功能的投影设备的陆续问世，不仅完全可以满足三维GIS对可视化的要求，还可以带来意想不到的展示和体验效果。

2、多维度空间分析功能更加强大。空间信息的分析过程，往往是复杂、动态和抽象的，在数量繁多、关系复杂的空间信息面前，二维GIS的空间分析功能常具有一定的局限性，如淹没分析、地质分析、日照分析、空间扩散分析、通视性分析等高级空间分析功能，二维GIS是无法实现的。由于三维数据本身可以降维到二维，因此三维GIS自然也能包容二维GIS的空间分析功能。三维GIS强大的多维度空间分析功能，不仅是GIS空间分析功能的一次跨越，在更大程度上也充分体现了GIS的特点和优越性。

3、目前三维GIS的制作工艺为模型构建出所要呈现的三维场景后，再根据场景的设置进行渲染。现在所采取的建模方式大致分为多边形建模、样条曲线建模和细分建模三种形式，虽然建模形式不同，但是都有在模型构建中需要建模人员采用建模工具软件进行人机互动的形式，浪费了大量的时间和精力，而且在模型处理上会出现放大后不够光滑，建模不够精确等问题。同时在建模后对模型场景的设置，赋予物体的材质和贴图、灯光等渲染后才能形成一幅完整的三维图。但是在渲染的过程中还会出现地理信息数据的处理、空间数据检索与分析、海量数据调度、模型纹理共享等技术问题需要解决和处理。

目前，还没有一个完善的系统可以同时解决基于地理信息数据的二、三维数据一体化管理，空间数据检索与分析，三维场景的组织与管理，海量数据的调度和模型纹理共享等技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术难题，高效流畅地展示三维地理信息数据并在诸多领域中进行具有实际意义的三维空间分析与应用。

本发明实施例提供一种基于地理信息的三维应用系统，该系统是由数据引擎模块、资源请求调配模块和渲染引擎模块构成；其中：数据引擎模块用于管理含有地理信息的空间数据，支持多用户同时并发地访问和操作数据库数据，提供了空间数据组织、检索和分析；资源请求调配模块为不同的线程分配请求资源，并向数据引擎模块查询获取数据，数据引擎模块将查询到的索引数据、实体对象数据返回给资源请求调配模块，资源请求调配模块将数据传输至渲染引擎模块，渲染引擎模块对三维场景所需的数据进行组织、调度和管理，并快速将地理信息数据以三维仿真的形式进行展示。

一种基于地理信息的三维应用系统，该系统还包括关系型数据库、基础功能库和图形接口模块；其中，关系型数据库为数据引擎模块提供异构的存储介质，存储数据引擎模块处理的数据；基础功能库为数据引擎模块、资源请求调配模块、渲染引擎模块提供基础处理；渲染引擎模块将不同类别的数据传输至图形接口模块中，图形接口模块对数据进行相应处理后，可显示出图形信息。

一种基于地理信息的三维应用系统，其中：

所述数据引擎模块用于组织、管理含有地理信息的空间数据，支持多用户同时并发地访问、操作数据；提供了空间数据检索、分析，实现数据操作和使用；

所述资源请求调配模块用于接收渲染引擎模块的数据请求，并从数据引擎查询、获取数据，解决多线程调度资源的冲突；

所述渲染引擎模块用于对三维地理信息场景数据进行组织和管理，并快速将地理信息数据以三维仿真的形式进行展示、应用；

所述关系型数据库用于为数据引擎模块提供异构的存储介质，存储数据引擎模块处理的数据；

所述基础功能库为数据引擎模块、资源请求调配模块、渲染引擎模块提供基础处理；

所述渲染引擎模块将不同类别的数据传输至图形接口模块中，所述图形接口模块对数据进行相应处理后，可显示出图形信息。

一种基于地理信息的三维应用系统，所述数据引擎模块是由GIS数据模型子模块、元数据子模块、数据库对象抽象子模块、几何图形子模块和数据库操作子模块构成；其中：

GIS数据模型子模块：定义了GIS数据可视化的数据模型；使用带有相关属性的有序坐标集来表示现实世界中的一个实体对象；对不同类别的实体对象进行分类管理；为空间数据创建索引；

所述元数据子模块用于管理GIS数据模型所依赖的元数据表，将各个元数据表抽象为元数据对象，并对元数据对象进行管理；

所述数据库对象抽象子模块抽象了数据库对象及对数据库对象的管理、查询操作，使数据引擎架构在各种异构的关系型数据库上；

所述几何图形子模块用于几何对象模型的定义，提供了几何对象的拓扑操作，与国际标准几何对象格式进行相互转换；

所述数据库操作子模块针对不同接口的数据库进行不同的操作，使数据存储到数据库中；

所述数据库操作子模块可针对数据库的变化进行对应的应用扩展。

一种基于地理信息的三维应用系统，所述资源请求调配模块是由数据调配子模块、缓存子模块构成；其中：

所述数据调配子模块用于接收发送的数据请求，根据数据请求的路径决定数据调配的处理方式并根据请求的数据类型进行数据调配，解决了多线程环境中数据的资源请求冲突；

缓存子模块用于缓存调配后的数据信息，缓存调配频率较高的数据信息，将缓存的数据信息不断地进行替换、更新。

一种基于地理信息的三维应用系统，所述数据调配的处理方式为本地缓存调配处理方式，互联网调配处理方式，局域网调配处理方式。

一种基于地理信息的三维应用系统，其中：

所述数据调配子模块从互联网调取数据信息时，通过互联网传输的数据进行数据校验，防止数据篡改和传输的错误，并将正确的数据转换为GIS对象数据，利用缓存子模块进行数据缓存；

所述数据调配子模块可将传输的数据在基础功能库中的资源子模块中进行处理，转换为模型数据、纹理数据进行数据传输。

一种基于地理信息的三维应用系统，所述基础功能库是由资源子模块、数学子模块和基础底层类库构成，其中：

所述数学子模块提供了3D数据使用的基本对象和线性变换方法；

所述资源子模块用于管理三维渲染所需的模型数据资源、纹理数据资源，对模型数据进行创建、修改、简化，对纹理数据进行压缩、格式转换；

所述基础底层类库用于内存管理、异常处理、日志管理、跨平台配置。

一种基于地理信息的三维应用系统，所述渲染引擎模块是由渲染实体管理子模块、渲染驱动子模块、渲染操作抽象子模块和渲染操作子模块构成；其中：

所述渲染实体管理子模块用于对场景中的实体对象及其渲染符号、渲染方式进行管理，对海量数据进行调度管理，对三维地形数据进行动态构建、调整，对粒子系统进行效果管理，管理、更新场景中的动态对象，对三维场景进行空间分析，对场景动画进行巡航、录制；

所述渲染驱动子模块用于三维场景组织、管理，场景裁剪过滤，场景碰撞检测，对各种渲染状态进行管理、分类，控制、传递消息循环；

所述渲染操作抽象子模块：抽象了图形接口渲染所需的渲染数据、渲染状态、渲染操作；

所述渲染操作子模块针对不同的图形接口进行不同的操作，将处理后的渲染数据传输至图形接口模块中进行显示；

所述渲染操作子模块可针对图形接口的变化进行对应的应用扩展。

一种基于地理信息的三维应用系统，其中所述关系型数据库为Firebird、MySQL、Oracle、MicrosoftSQLServer、PostgreSQL、SQLite，并支持ESRI公司的shapefile、SDE、ArcGISServer数据格式，支持AutoCAD数据格式，支持3DMax数据格式；渲染操作子模块可以扩展实现到的图形接口包括OpenGL、OpenGLES、Direct3D。

由此可见：本发明实施例中的系统可以有效的解决基于地理信息数据的二、三维数据一体化管理，空间数据组织、检索与分析，三维场景的组织与管理，海量数据的调度和模型纹理共享等技术问题。同时，实现了几何数据格式与OGC国际标准兼容，能够与OGC国际标准定义的几何对象进行相互转换，使地理信息数据能够进行多平台数据共享；为不同行业的深度应用提供了一个可靠的基础平台。为在实现虚拟现实环境表现等诸多项目中应用起到了展示与宣传，辅助销售，辅助办公等作用。

附图说明

图1为本发明的实施例提供的基于地理信息的三维应用系统结构示意图；

图2为本发明的实施例提供的数据引擎模块的结构示意图；

图3为本发明中资源请求调配模块的结构示意图；

图4为本发明中基础功能库的结构示意图；

图5为本本发明的实施例1提供的渲染引擎模块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1：

图1为本实施例提供的一种基于地理信息的三维应用系统的结构示意图。如图所示，一种基于地理信息的三维应用系统，该系统是由数据引擎模块、资源请求调配模块、渲染引擎模块为主体构成，以关系型数据库、基础功能库和图形接口模块辅助构成的一个完整的系统。其中：数据引擎模块用于管理含有地理信息的空间数据，支持多用户同时并发地访问和操作数据库数据，提供了空间数据组织、检索和分析；资源请求调配模块为不同的线程分配请求资源，并向数据引擎模块查询获取数据，数据引擎模块将查询到的索引数据、实体对象数据返回给资源请求调配模块，资源请求调配模块将数据传输至渲染引擎模块，渲染引擎模块对三维场景所需的数据进行组织、调度和管理，并快速将地理信息数据以三维仿真的形式进行展示。关系型数据库为数据引擎模块提供异构的存储介质，存储数据引擎模块处理的数据；基础功能库为数据引擎模块、资源请求调配模块、渲染引擎模块提供基础处理；渲染引擎模块将不同类别的数据传输至图形接口模块中，图形接口模块对数据进行相应处理后，可显示出图形信息。

其中，各个模块具体的体现为：

所述数据引擎模块用于组织、管理含有地理信息的空间数据，支持多用户同时并发地访问、操作数据；提供了空间数据检索、分析，实现数据操作和使用；

所述资源请求调配模块用于接收渲染引擎模块的数据请求，并从数据引擎查询、获取数据，解决多线程调度资源的冲突；

所述渲染引擎模块用于对三维地理信息场景数据进行组织和管理，并快速将地理信息数据以三维仿真的形式进行展示、应用；

所述关系型数据库用于为数据引擎模块提供异构的存储介质，存储数据引擎模块处理的数据；

所述基础功能库为数据引擎模块、资源请求调配模块、渲染引擎模块提供基础处理；

所述渲染引擎模块将不同类别的数据传输至图形接口模块中，所述图形接口模块对数据进行相应处理后，可显示出图形信息。

如图2所示的一种基于地理信息的三维应用系统，所述数据引擎模块是由GIS数据模型子模块、元数据子模块、数据库对象抽象子模块、几何图形子模块和数据库操作子模块构成；其中：

所述GIS数据模型子模块定义了GIS数据可视化的数据模型；使用带有相关属性的有序坐标集来表示现实世界中的一个实体对象；对不同类别的实体对象进行分类管理；为空间数据创建索引；

所述元数据子模块用于管理GIS数据模型所依赖的元数据表，将各个元数据表抽象为元数据对象，并对元数据对象进行管理；

所述数据库对象抽象子模块抽象了数据库对象及对数据库对象的管理、查询操作，使数据引擎架构在各种异构的关系型数据库上；

所述几何图形子模块用于几何对象模型的定义，提供了几何对象的拓扑操作，与国际标准几何对象格式进行相互转换；

所述数据库操作子模块针对不同接口的数据库进行不同的操作，使数据存储到数据库中。

具体实施例中所述数据库操作子模块可针对数据库的变化进行对应的应用扩展。

如图3所示的一种基于地理信息的三维应用系统，所述资源请求调配模块是由数据调配子模块、缓存子模块构成；其中：

所述数据调配子模块用于接收发送的数据请求，根据数据请求的路径决定数据调配的处理方式并根据请求的数据类型进行数据调配，解决了多线程环境中数据的资源请求冲突；

缓存子模块用于缓存调配后的数据信息，缓存调配频率较高的数据信息，将缓存的数据信息不断地进行替换、更新。

具体实施例中所述数据调配的处理方式为本地缓存调配处理方式，互联网调配处理方式，局域网调配处理方式。

具体实施例中所述数据调配子模块从互联网调取数据信息时，通过互联网传输的数据进行数据校验，防止数据篡改和传输的错误，并将正确的数据转换为GIS对象数据，利用缓存子模块进行数据缓存。

具体实施例中所述数据调配子模块可将传输的数据在基础功能库中的资源子模块中进行处理，转换为模型数据、纹理数据进行数据传输。

如图4所示的一种基于地理信息的三维应用系统，所述基础功能库是由资源子模块、数学子模块和基础底层类库构成，其中：

所述数学子模块提供了3D数据使用的基本对象和线性变换方法；

所述资源子模块用于管理三维渲染常用的模型数据资源、纹理数据资源，对模型数据进行创建、修改、简化，对纹理数据进行压缩、格式转换；

所述基础底层类库用于内存管理、异常处理、日志管理、跨平台配置。

如图5所示的一种基于地理信息的三维应用系统，其特征在于所述渲染引擎模块是由渲染实体管理子模块、渲染驱动子模块、渲染操作抽象子模块和渲染操作子模块构成；其中：所述渲染实体管理子模块用于对场景中的实体对象及其渲染符号、渲染方式进行管理，对海量数据进行调度管理，对三维地形数据进行动态构建、调整，对粒子系统进行效果管理，管理、更新场景中的动态对象，对三维场景进行空间分析，对场景动画进行巡航、录制；

所述渲染驱动子模块用于三维场景组织、管理，场景裁剪过滤，场景碰撞检测，对各种渲染状态进行管理、分类，控制、传递消息循环；

所述渲染操作抽象子模块：抽象了图形接口渲染所需的渲染数据、渲染状态、渲染操作；

所述渲染操作子模块针对不同的图形接口进行不同的操作，将处理后的渲染数据传输至图形接口模块中进行显示；具体实施例中所述渲染操作子模块可针对图形接口的变化进行对应的应用扩展。

具体实施例中所述关系型数据库为Firebird、MySQL、Oracle、MicrosoftSQLServer、PostgreSQL、SQLite，并支持ESRI公司的shapefile、SDE、ArcGISServer数据格式，支持AutoCAD数据格式，支持3DMax数据格式。具体实施例中渲染操作子模块可以扩展实现到的图形接口包括OpenGL、OpenGLES、Direct3D。

下面以一个更具体的一个细节方面的例子来对本技术进行详细描述。

一种基于地理信息的三维应用系统，该系统是由数据引擎模块、资源请求调配模块和渲染引擎模块为主体构成，由关系型数据库、基础功能库和渲染系统模块辅助构成的一个完整的系统。

其中：数据引擎模块用于存储、管理含有地理信息的空间数据，支持多用户同时并发地访问、操作数据；提供了空间数据组织、检索、分析，实现数据操作和使用；在数据引擎内设有GIS数据模型子模块、元数据子模块、数据库对象抽象子模块、数据库操作子模块和几何图形子模块。

GIS数据模型子模块为使用者提供了数据的输入、输出以及查询接口，用户可以利用输入接口将外界的图形和属性数据以GIS实体对象要素为单位，分类存储到数据引擎所组织和管理的关系型数据中。每个要素类管理了一类具有相同几何特征的要素集合。GIS数据模型子模块所接收和管理的GIS数据包括属性数据和几何图形数据。并利用元数据子模块组织和管理了GIS数据模型中的数据集、要素类以及GIS实体对象要素等。几何图形是GIS实体对象要素的重要组成部分，存储了实体对象的空间信息。几何图形子模块定义了空间几何数据的几何对象存储模型，提供几何对象的拓扑操作。兼容OGC国际标准，能够与OGC国际标准定义的几何对象进行相互转换。

具体实际操作为：利用GIS数据模型模块提供的接口创建数据源，用于存储地理信息数据。确定地理信息数据的几何图形部分所基于的空间参考坐标系。根据空间参考坐标系，创建相应的数据集。将所有的地理信息分类，根据不同的分类，创建要素类。分类的要求为几何特征必须一致，例如都是点特征或线特征等。创建完要素类后，将每个实体对象转换为GIS要素模型，存储到相应的要素类中，并创建空间索引和分页索引以提高空间查询和场景渲染的效率。利用元数据模块对GIS模型进行组织和管理，并使用数据库对象抽象模块的接口，将处理后的数据通过数据库操作子模块传输至关系型数据库中进行存储。数据库操作子模块内部包含了与各类数据库接口对接的子单元，能够将数据存储到各种支持的数据库中，并能够根据新型的数据库进行扩展。在将地理信息数据转换为GIS数据模型的过程中，存储了每个实体对象的属性数据和空间几何数据。同时，每个数据集也管理和维护了三维实体对象的模型数据和纹理数据。在存储模型数据和纹理数据时，保证同一个模型或纹理只存储一次，达到了模型和纹理共享的目的。

元数据子模块用于管理GIS数据模型所依赖的数据表，将各个元数据表抽象为元数据对象，并对元数据对象进行增、删、改、查等操作。在元数据子模块中管理了GIS模型注册数据表、字段数据表、数据集数据表、对象类数据表、空间参考坐标系数据表等元数据表。这些元数据表是利用数据库对象抽象子模块的接口，通过数据库操作子模块存储在关系型数据库中的。元数据子模块将每张元数据表抽象为元数据对象进行管理，由GIS数据模型模块对这些元数据表进行关联组织，形成了GIS数据的概念模型。例如：利用GIS数据模型模块提供的接口创建一个数据集时，GIS数据模型模块会利用元数据子模块的接口先根据数据集的名称判断该数据集是否已存在，如果存在则返回创建失败；如果不存在，则由元数据子模块创建一条记录，记录该数据集的名称、描述、创建数据、空间参考坐标系标识等信息。同时还会利用元数据子模块的接口根据空间参考坐标系的类型判断该空间参考坐标系是否已存在，如果存在，则直接在数据集数据表中存储该空间参考坐标系的唯一标识；如果不存在，则由元数据子模块在空间参考坐标系数据表中创建一条记录，记录该空间参考坐标系的名称、国际通用标识、文本描述等信息，并且把新建的空间参考坐标系的唯一标识存储到数据集数据表的相应记录中。另外，如果要通过GIS数据模型模块提供的接口创建一个要素类，同样需要利用元数据子模块，在组成要素类概念模型的各个元数据表中添加相应的信息，这些元数据表包括GIS模型注册数据表、要素类属性数据表、要素类空间数据表、空间索引数据表、分页索引数据表等。

数据引擎模块可以通过资源请求调配模块把从关系型数据库中调取的GIS数据返回给渲染引擎做进一步的处理和展示。

渲染引擎模块包括渲染实体管理子模块、渲染驱动子模块、渲染操作抽象子模块和渲染操作子模块构成。渲染实体管理子模块用于对场景中的实体对象及其渲染符号和渲染方式进行管理，对海量数据进行高效的调度管理，对三维地形数据进行动态构建和调整，对粒子系统进行效果管理，管理和更新场景中的动态对象，对三维场景进行空间分析，对场景动画进行巡航和录制。具体操作为：首先用户利用数据引擎获取地理信息分类管理的条目信息，其中包括获取数据源中有哪些数据集，每个数据集中有哪些要素类；再利用渲染实体管理子模块提供的接口创建各类GIS模型数据对应的渲染实体，设置渲染实体的渲染符号和渲染方式，并添加到三维场景中，由渲染驱动子模块做统一的管理。在渲染驱动子模块裁剪过程中，渲染实体管理子模块会将没被裁减掉并没有加载的实体数据，利用资源请求调配模块通过数据引擎找到相应的实体数据，添加到场景中。在操作地形数据时，根据地形的分页索引获取到高程数据后，自动构建三角网，并与DOM纹理数据结合，实时生成三维地形数据。对粒子系统的特性进行管理时，能够设置雨、雪、雾等天气效果和火、喷泉等粒子效果。渲染实体在每帧图像绘制之前都可以更新和改变自身的渲染属性和状态，通过这种方式实现了顶点动画和骨骼动画的动态渲染显示。对三维场景中的渲染实体可以进行量测、通视性分析、日照分析等操作。

渲染驱动子模块用于三维场景组织和管理，场景裁剪过滤，场景碰撞检测，对各种渲染属性和状态进行管理和分类，控制和传递消息循环。具体操作为：对整个三维数据的场景进行有效的组织，使其能够快速地查找、索引到指定的渲染实体；对场景数据进行裁剪，剔除那些不在相机视锥范围内、距离太近或太远、被遮挡、显示像素太小等渲染实体；在裁剪的过程中，对于有分页索引而没有加载到场景中，同时又没有被裁减掉的渲染实体，需要由渲染实体管理子模块在调度线程中利用资源请求调配模块从数据引擎中调取相应的数据并添加到三维场景中；对每个渲染实体的渲染属性和状态进行分类排序管理；经过以上处理，渲染驱动子模块利用渲染操作抽象子模块的接口将需要显示的各类数据通过渲染操作子模块传输至图形接口中进行渲染显示。渲染操作子模块内部包含了与各类图形接口对接的子单元，不同的子单元将待渲染显示的数据转换为对应的图形接口支持的格式后，发送到对应的图形接口中进行渲染显示，并能够根据新型的图形接口进行扩展。利用消息驱动，渲染驱动子模块能够把用户的操作返回给渲染实体管理子模块，再利用场景的碰撞检测机制，能够拾取到用户点击的实体对象，可以进一步做实体对象编辑、属性查询等操作。

资源请求调配模块用于接收发送的数据请求，根据数据请求的路径决定数据调配的处理方式并根据请求的数据类型进行数据调配，解决了多线程环境中数据的资源请求冲突。具体操作为：首先根据不同的调度请求线程分配数据调度资源，以保证多线程对共享数据访问的安全性；然后根据资源请求的路径判断数据来源，如果是本地数据则直接利用数据调配子模块通过数据引擎调取数据，如果是局域网或互联网数据，则先利用缓存子模块的接口查找该请求资源是否已缓存，如果已经缓存，则直接从缓存数据中获取数据，转换为模型或纹理数据后返回给渲染引擎，如果没有缓存，则通过数据引擎获取相应的GIS对象数据返回给渲染引擎，同时利用缓存子模块进行数据缓存。在查找缓存的数据过程中，如果判断找到的缓存数据已过期或源数据已修改，需要重新获取并缓存数据。

渲染引擎模块处理后的数据利用渲染操作抽象子模块的接口，通过渲染操作子模块传输至图形接口模块中，图形接口模块进行相应处理后，显示出需要展示给用户的地理信息数据。

在各个模块进行数据处理过程中，基础功能库为数据引擎模块、渲染引擎模块和资源请求调配模块提供了内存管理、异常处理、日志管理、跨平台配置等服务，保证了内存资源的有效利用和及时释放，提高了系统的稳定性和健壮性，日志管理服务为发现系统存在的潜在问题提供了良好的改善手段。空间索引保证了空间数据的快速查询，分页索引保证了渲染引擎能够快速地找到需要展示的地理信息数据，在提升系统运行的性能和展示海量数据的流畅程度方面起到了巨大的作用。

本发明实施例中的系统可以有效的解决基于基于地理信息数据的二、三维数据一体化管理，空间数据检索与分析，三维场景的组织与管理，海量数据的调度和模型纹理共享等技术问题。同时，实现了几何数据格式与OGC国际标准兼容，能够与OGC国际标准定义的几何对象进行相互转换，最终使地理信息数据能够进行多平台数据共享；为不同行业的深度应用提供了一个可靠的基础平台。为在实现虚拟现实环境表现等诸多项目中应用起到了展示与宣传，辅助销售，辅助办公等作用。

虽然通过实施例描绘了本发明实施例，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (10)

1.一种基于地理信息的三维应用系统，其特征在于该系统是由数据引擎模块、资源请求调配模块和渲染引擎模块构成；

其中：数据引擎模块用于管理含有地理信息的空间数据，支持多用户同时并发地访问和操作数据库数据，提供了空间数据组织、检索和分析；资源请求调配模块为不同的线程分配请求资源，并向数据引擎模块查询获取数据，数据引擎模块将查询到的索引数据、实体对象数据返回给资源请求调配模块，资源请求调配模块将数据传输至渲染引擎模块，渲染引擎模块对三维场景所需的数据进行组织、调度和管理，并快速将地理信息数据以三维仿真的形式进行展示。

2.根据权利要求1所述的一种基于地理信息的三维应用系统，其特征在于该系统还包括关系型数据库、基础功能库和图形接口模块；其中，关系型数据库为数据引擎模块提供异构的存储介质，存储数据引擎模块处理的数据；基础功能库为数据引擎模块、资源请求调配模块、渲染引擎模块提供基础处理；渲染引擎模块将不同类别的数据传输至图形接口模块中，图形接口模块对数据进行相应处理后，可显示出图形信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于地理信息的三维应用系统，其特征在于：

所述数据引擎模块用于组织、管理含有地理信息的空间数据，支持多用户同时并发地访问、操作数据；提供了空间数据检索、分析，实现数据操作和使用；

所述资源请求调配模块用于接收渲染引擎模块的数据请求，并从数据引擎查询、获取数据，解决多线程调度资源的冲突；

所述渲染引擎模块用于对三维地理信息场景数据进行组织和管理，并快速将地理信息数据以三维仿真的形式进行展示、应用；

所述关系型数据库用于为数据引擎模块提供异构的存储介质，存储数据引擎模块处理的数据；

所述基础功能库为数据引擎模块、资源请求调配模块、渲染引擎模块提供基础处理；

所述渲染引擎模块将不同类别的数据传输至图形接口模块中，所述图形接口模块对数据进行相应处理后，可显示出图形信息。

4.根据权利要求1所述的一种基于地理信息的三维应用系统，其特征在于所述数据引擎模块是由GIS数据模型子模块、元数据子模块、数据库对象抽象子模块、几何图形子模块和数据库操作子模块构成；其中：

所述GIS数据模型子模块定义了GIS数据可视化的数据模型；使用带有相关属性的有序坐标集来表示现实世界中的一个实体对象；对不同类别的实体对象进行分类管理；为空间数据创建索引；

所述元数据子模块用于管理GIS数据模型所依赖的元数据表，将各个元数据表抽象为元数据对象，并对元数据对象进行管理；

所述数据库对象抽象子模块抽象了数据库对象及对数据库对象的管理、查询操作，使数据引擎架构在各种异构的关系型数据库上；

所述几何图形子模块用于几何对象模型的定义，提供了几何对象的拓扑操作，与国际标准几何对象格式进行相互转换；

所述数据库操作子模块针对不同接口的数据库进行不同的操作，使数据存储到数据库中；

所述数据库操作子模块可针对数据库的变化进行对应的应用扩展。

5.根据权利要求1所述的一种基于地理信息的三维应用系统，其特征在于所述资源请求调配模块是由数据调配子模块、缓存子模块构成；其中：

所述数据调配子模块用于接收发送的数据请求，根据数据请求的路径决定数据调配的处理方式并根据请求的数据类型进行数据调配，解决了多线程环境中数据的资源请求冲突；

缓存子模块用于缓存调配后的数据信息，缓存调配频率较高的数据信息，将缓存的数据信息不断地进行替换、更新。

6.根据权利要求1、5所述的一种基于地理信息的三维应用系统，其特征在于所述数据调配的处理方式为本地缓存调配处理方式，互联网调配处理方式，局域网调配处理方式。

7.根据权利要求1、5、6所述的一种基于地理信息的三维应用系统，其特征在于：

所述数据调配子模块从互联网调取数据信息时，通过互联网传输的数据进行数据校验，防止数据篡改和传输的错误，并将正确的数据转换为GIS对象数据，利用缓存子模块进行数据缓存；

所述数据调配子模块可将传输的数据在基础功能库中的资源子模块中进行处理，转换为模型数据、纹理数据进行数据传输。

8.根据权利要求1所述的一种基于地理信息的三维应用系统，其特征在于所述基础功能库是由资源子模块、数学子模块和基础底层类库构成，其中：

所述数学子模块提供了3D数据使用的基本对象和线性变换方法；

所述资源子模块用于管理三维渲染所需的模型数据资源、纹理数据资源，对模型数据进行创建、修改、简化，对纹理数据进行压缩、格式转换；

所述基础底层类库用于内存管理、异常处理、日志管理、跨平台配置。

9.根据权利要求1所述的一种基于地理信息的三维应用系统，其特征在于所述渲染引擎模块是由渲染实体管理子模块、渲染驱动子模块、渲染操作抽象子模块和渲染操作子模块构成；其中：所述渲染实体管理子模块用于对场景中的实体对象及其渲染符号、渲染方式进行管理，对海量数据进行调度管理，对三维地形数据进行动态构建、调整，对粒子系统进行效果管理，管理、更新场景中的动态对象，对三维场景进行空间分析，对场景动画进行巡航、录制；

所述渲染驱动子模块用于三维场景组织、管理，场景裁剪过滤，场景碰撞检测，对各种渲染状态进行管理、分类，控制、传递消息循环；

所述渲染操作抽象子模块：抽象了图形接口渲染所需的渲染数据、渲染状态、渲染操作；

所述渲染操作子模块针对不同的图形接口进行不同的操作，将处理后的渲染数据传输至图形接口模块中进行显示；

所述渲染操作子模块可针对图形接口的变化进行对应的应用扩展。

10.根据权利要求1所述的一种基于地理信息的三维应用系统，其特征在于所述关系型数据库为Firebird、MySQL、Oracle、MicrosoftSQLServer、PostgreSQL、SQLite，并支持ESRI公司的shapefile、SDE、ArcGISServer数据格式，支持AutoCAD数据格式，支持3DMax数据格式；渲染操作子模块可以扩展实现到的图形接口包括OpenGL、OpenGLES、Direct3D。