CN107357939A - 一种移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法，数据获取接口设计便于数据集成，移动三维虚拟地球系统单次请求和传输地理数据包相对少，能适应无线网络带宽相对较小的实际情况。虚拟相机接口设计通过改变虚拟相机类参数实现对三维虚拟地球视角的改变，用户操作调用虚拟相机接口准确的控制三维虚拟地球模型的位置和姿态，对三维虚拟地球进行平移、旋转、缩放等操作，实现不同角度、不同尺度的地理信息浏览。WFS信息查询接口设计终端硬件资源的压力小，节约客户端硬件资源开销。实时定位采用多种方式，依据实际情况选择合适的定位方法，满足移动GIS系统的特色服务功能要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种三维虚拟地球接口设计方法，特别涉及一种移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法，属于移动三维虚拟地球系统技术领域。
背景技术
近年来，“智慧城市”(Smart Earth)建设需求的提出使得公众需要地理信息服务以三维的方式直观、清晰地展现出来，并且能够为城市社会管理、产业发展、市民服务等领域的各种需求作出智能的响应。“数字地球”(Digital Earth)是以海量地理信息为数据基础对地球的多分辨率、多尺度和多种类描述的复杂模型,并利用它作为工具提供三维立体的全方位地理信息服务。移动三维数字地球作为“智慧城市”的建设基础，是在移动端运行的三维数字地球，为公众提供一个按需的、随时的、随地的、以地理信息为依托的多源信息服务平台。
数字地球平台需要加载并处理全球海量地理数据，并要求用户在快速操作的三维场景切换中能够实时准确的调度视点范围内的地理数据。移动终端硬件资源受限的现状，必然使得传统的“数字地球”软件平台框架无法实时响应数据加载的需求。此外，交互方式的差异，系统核心接口的设计不合理，特别是结合移动终端硬件特性的数据获取接口、虚拟相机接口、信息查询接口、导航服务接口等关键接口设计不合理，也使得已有的“数字地球”软件平台无法在移动终端高效的运行。
综合来看，现有技术的移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法主要存在以下几点缺陷：一是数据获取接口不便于数据集成，移动三维虚拟地球移动无法通过网络能够实时获取视口范围内地理数据，地理数据服务器不能够快速响应终端请求，移动三维虚拟地球系统单次请求和传输地理数据包过多，不能适应无线网络带宽相对较小的实际情况；二是虚拟相机接口设计不合理，用户无法操作调用虚拟相机接口，无法准确的控制三维虚拟地球模型的位置和姿态，对三维虚拟地球进行平移、旋转、缩放等操作，无法实现不同角度、不同尺度的地理信息浏览；三是信息查询接口设计复杂，客户端无法实现对地理要素信息的查询功能，信息的检索和分析机制设计不合理，终端硬件资源的压力大，浪费客户端硬件资源开销；四是实时定位设计落后，不能满足移动GIS系统的特色服务功能要求，无法实时路况导航，用户无法通过实时定位功能准确判断当前地理位置在移动三维虚拟地球中的具体方位，结合驾车线路查询进行路径导航等扩展服务效果差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供的一种移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法，数据获取接口设计便于数据集成，地理数据服务器能够快速响应终端请求，移动三维虚拟地球系统单次请求和传输地理数据包相对少，能适应无线网络带宽相对较小的实际情况。虚拟相机接口设计将用户对三维虚拟地球的观察视角封装起来构建虚拟类，通过改变虚拟相机类参数实现对三维虚拟地球视角的改变，用户操作调用虚拟相机接口准确的控制三维虚拟地球模型的位置和姿态，对三维虚拟地球进行平移、旋转、缩放等操作，实现不同角度、不同尺度的地理信息浏览。WFS信息查询接口设计根据客户端的查询请求，返回描述地理数据要素集的GML数据，信息的检索和分析机制设计合理，终端硬件资源的压力小，节约客户端硬件资源开销。实时定位采用多种方式，依据实际情况选择合适的定位方法，满足移动GIS系统的特色服务功能要求。
为达到以上技术效果，本发明所采用的技术方案如下：
本发明提供的一种移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法，包括结合移动终端硬件特性的数据获取接口、虚拟相机接口、信息查询接口、定位服务接口设计，数据获取采用WMTS网络服务接口进行数据集成，用户操作调用虚拟相机接口实现数据的实时加载和场景的切换，信息查询采用WFS信息查询接口，定位服务采用实时定位方式；
数据获取接口设计通过WMTS协议获取地理服务商提供的切片地理数据，采用分级切片的地理数据服务方式；
虚拟相机接口设计将用户对三维虚拟地球的观察视角封装起来构建虚拟类，通过改变虚拟相机类参数实现对三维虚拟地球视角的改变，在全局视角下，三维虚拟地球模型全部展现在用户视野内，通过滑动屏幕改变相机参数实现三维虚拟地球的旋转操作，在局部视角下，三维虚拟地球中的局部展现在用户视野内，通过滑动屏幕改变局部相机实现局部地物的平移操作；
WFS信息查询接口设计根据客户端的查询请求，返回描述地理数据要素集的GML数据，查询操作包括空间几何位置关系查询、空间属性信息查询以及几何与属性的协同查询；
定位服务接口设计通过实时定位判断当前地理位置在移动三维虚拟地球中的具体方位，移动三维虚拟地球系统首先启动GPS模块进行卫星信息号搜索，通过获取的卫星信号进行位置解算，当检索到的卫星数量不够时启动A-GPS模块获取当前通讯设备服务商的基站信号，协助进行位置定位，当搜索基站位置失败时将检测WIFI信号并启动WIFI定位模块，获取当前位置的经纬度和高程信息。
一种移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法，进一步的，WMTS通过网络访问的方式获取地图瓦片服务，用户将需要浏览的地理范围和比例尺作为请求信息发送到服务端，服务端返回对应的地图瓦片；
WMTS定义三种基本操作：GetCapabilities，通过访问配置的服务接口，返回描述服务的XML文档；GetTile，通过XML描述的服务器名称和瓦片的范围尺度获取地图瓦片；GetFeatureInfo，返回瓦片地图上的要素信息；
系统通过读取配置的服务说明文件，构建虚拟调度瓦片数据集，通过视口的范围和当前虚拟相机的高度逐步派生子瓦片，其中子瓦片的数据范围和层级与WMTS服务的地理数据图块相对应，通过子瓦片的地理范围和层级进行的逻辑编码和WMTS中GetCapabilities返回的服务器名称进行组合获得单张子瓦片对应的地理数据网络请求地址URL，完成移动三维虚拟地球中四叉树调度瓦片和WMTS数据瓦片相互对应。
一种移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法，进一步的，虚拟相机封装视点与三维虚拟地球的关系参数，包括视点与三维虚拟地球的距离Distance、视点的位置ViewPoint、视点看到的地球表面位置CenterPoint、垂直视点向上的方位在虚拟三维空间中的方向Up，三维虚拟地球局部姿态矩阵LocalMatrix，在全局视点模式下，用户改变视点的姿态，以最小的资源实现三维虚拟地球旋转的效果，在局部视点模式下，用户改变三维虚拟地球局部姿态，通过平移、旋转局部姿态改变局部姿态矩阵；
嵌入式渲染API的平移和旋转函数支持以三维矩阵相乘互相组合的方式实现更多位置和姿态变换，三维虚拟相机标示的当前视点与三维虚拟地球关系的矩阵M将由全局视点位置姿态矩阵Mview和三维虚拟地球中局部模型位置姿态Mmodel共同确定，即M＝Mmodel*Mview；
虚拟相机类封装的模型视图矩阵M由视图矩阵Mview和Mmodel两部分组成，用户在UI主线程时刻监听用户的触控操作并传递到更新线程，更新线程重新计算最新Mview和Mmodel并导入渲染线程，由渲染线程压入渲染管道来改变视口的场景。
一种移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法，进一步的，虚拟相机的全局视点位置姿态矩阵Mview的实现看做视点在Opengl ES默认空间坐标系下视点的旋转和平移操作组合，其中旋转矩阵Mrotal表示为以下几步：
第一步，计算观察点到视点方向的向量
第二步，视点朝向向量
第三步，计算向量与向量之间的法向量则旋转矩阵Mrotal表示为：
平移矩阵Mtranslate表示为：
视点的位置ViewPoint以及视点看到的位置CenterPoint通过地球经度(Longitude)、纬度(Latitude)和距离地球表面的高度(Height)表示。
一种移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法，进一步的，虚拟相机的局部视点位置姿态矩阵Mmodel由地球本身的旋转和平移操作实现，用户的交互包括X轴和Y轴方向的平移与旋转操作，沿X轴平移dx的距离并旋转α角度，沿Y轴平移dy的距离并旋转β角度，则Mmodel表示为：
平移操作模式下，当视点距离地球表面较远时，默认采用全局视点，用户触控滑动操作反馈成虚拟相机视点位置的改变，改变Mview中ViewePoint的经纬度，当视点距离地球表面较近时，默认采用局部视点，用户触控滑动操作产生的距离将直接改变dx、dy实现地球局部物体位置的平移，改变Mmodel中的dx、dy值，在旋转操作模式下，将用户触屏滑动距离换算成参考球的旋转角度，并将这一角度值赋给Mmodel的α和β角度值，实现地球绕表面点的旋转操作，在缩放操作模式下，用户通过两点触控产生的距离差值L将叠加到Mview中的Distance中，Distance＝Distance+L。
一种移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法，进一步的，WFS信息查询接口定义以下几类基本操作：GetCapabilities，返回要素服务性能描述XML文档；DescribeFeatureType，返回提供服务要素的结构描述XML文档；GetFeature，按照用户请求返回符合GML规范要求的实例文档；GetGMLObject，获取GML对象；Transaction，事物请求提供服务；LockFeature，处理在一个事务期间对一个或多个要素类型实例上锁的请求；
系统将系列检索参数组合起来共同构建成KVP格式的URL向地图服务后台提供检索请求，服务器把所以符合规范的要素以XML文档的形式组合起来作为查询结果返回给前端，采用XML解析器，读取返回结果各个标签的地理要素，逐层解析XML中感兴趣的标签内容并保存到结果数组中。
一种移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法，进一步的，定位服务接口设计按照接受定位信号来源的不同分为三种模式：GPS硬件定位、A-GPS定位、WIFI定位，GPS定位模块进行卫星信号搜索，当启动GPS服务后长期无法检测到有效的卫星个数，系统自动启动A-GPS服务，Wifi定位服务不常用，作为后备函数，在GPS、A-GPS定位失效的情况下满足粗定位的要求。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明提供的一种移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法，数据获取接口设计通过WMTS协议获取地理服务商提供的切片地理数据，采用分级切片的地理数据服务方式，便于数据集成，移动三维虚拟地球移动通过网络能够实时获取视口范围内地理数据，地理数据服务器能够快速响应终端请求，移动三维虚拟地球系统单次请求和传输地理数据包相对少，能适应无线网络带宽相对较小的实际情况。
2.本发明提供的一种移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法，虚拟相机接口设计将用户对三维虚拟地球的观察视角封装起来构建虚拟类，通过改变虚拟相机类参数实现对三维虚拟地球视角的改变，用户操作调用虚拟相机接口准确的控制三维虚拟地球模型的位置和姿态，对三维虚拟地球进行平移、旋转、缩放等操作，实现不同角度、不同尺度的地理信息浏览。
3.本发明提供的一种移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法，WFS信息查询接口设计根据客户端的查询请求，返回描述地理数据要素集的GML数据，信息查询接口设计合理，客户端实现对地理要素信息的查询功能，信息的检索和分析机制设计合理，终端硬件资源的压力小，节约客户端硬件资源开销。
4.本发明提供的一种移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法，实时定位采用多种方式，依据实际情况选择合适的定位方法，满足移动GIS系统的特色服务功能要求，满足实时路况导航，用户通过实时定位功能准确判断当前地理位置在移动三维虚拟地球中的具体方位，结合驾车线路查询进行路径导航等扩展服务效果较好。
附图说明
图1是本发明提供的虚拟相机全局模式下视点位置与姿态示意图。
图2是本发明提供的虚拟相机局部模式下视点位置与姿态示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明提供的一种移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法的技术方案进行进一步的描述，使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施。
参见图1和图2，本发明提供的一种移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法，包括结合移动终端硬件特性的数据获取接口、虚拟相机接口、信息查询接口、定位服务接口设计，数据获取采用WMTS网络服务接口进行数据集成，用户操作调用虚拟相机接口实现数据的实时加载和场景的切换，信息查询采用WFS信息查询接口，定位服务采用实时定位方式。
一.WMTS数据获取接口设计
本发明的WMTS(Web Map Tile Service，地图瓦片服务)通过网络访问的方式能够为用户提供地图瓦片服务。采用预定义图块的方式发布服务器地图瓦片，地理数据的地理范围和比例尺被限定各个图块中。用户将需要浏览的地理范围和比例尺作为请求信息发送到服务端，服务端则返回对应的地图瓦片。WMTS将地理数据预处理成地图瓦片并以瓦片的形式传送到客户端，极大的提高了瓦片地图服务的响应速度。
移动三维虚拟地球移动通过网络实时获取视口范围内地理数据，要求地理数据服务器能够快速响应终端请求。无线网络带宽的限制也要求移动三维虚拟地球系统单次请求和传输尽量少的地理数据包。为此，本发明的三维虚拟地球将通过WMTS协议获取地理服务商提供的切片地理数据，分级切片的地理数据服务方式能够最大限度的减轻移动设备数据获取压力。
本发明的WMTS定义了三种基本操作：GetCapabilities，通过访问配置的服务接口，返回描述服务的XML文档；GetTile，通过XML描述的服务器名称和瓦片的范围尺度获取地图瓦片；GetFeatureInfo，返回瓦片地图上的要素信息。
系统通过读取配置的服务说明文件，构建虚拟调度瓦片数据集，通过视口的范围和当前虚拟相机的高度逐步派生子瓦片，其中子瓦片的数据范围和层级与WMTS服务的地理数据图块相对应。通过子瓦片的地理范围和层级进行的逻辑编码和WMTS中GetCapabilities返回的服务器名称进行组合获得单张子瓦片对应的地理数据网络请求地址URL，实现移动三维虚拟地球中四叉树调度瓦片和WMTS数据瓦片相互对应。
数据获取主要接口包括逻辑瓦片地理范围、逻辑瓦片层级、WMTS瓦片服务器名称、WMTS瓦片行列号编码，本发明详细的接口设计如表1所示。
表1 WMTS瓦片接口设计
GetUrl函数按照当前数据集获取的瓦片服务器名称以及瓦片行列号编码Key值构建当前瓦片需要请求地理数据瓦片的URL地址，通过网络请求获取服务器上相应地理范围的数据瓦片，从而实现三维虚拟地球中用户需要浏览的地理数据。
二.虚拟相机接口设计
虚拟相机将用户对三维虚拟地球的观察视角封装起来构建的虚拟类，用户通过改变虚拟相机类参数实现对三维虚拟地球视角的改变。在全局视角下，三维虚拟地球模型全部展现在用户视野内，通过滑动屏幕改变相机参数实现了三维虚拟地球的旋转操作。在局部视角下，三维虚拟地球中的局部展现在用户视野内，通过滑动屏幕改变局部相机实现局部地物的平移操作。
虚拟相机封装视点与三维虚拟地球的关系参数，包括视点与三维虚拟地球的距离Distance、视点的位置ViewPoint、视点看到的地球表面位置CenterPoint、垂直视点向上的方位在虚拟三维空间中的方向Up，三维虚拟地球局部姿态矩阵LocalMatrix。
在全局视点模式下，用户改变视点的姿态，以最小的资源实现了三维虚拟地球旋转的效果，如图1所示。
在局部视点模式下，用户改变三维虚拟地球局部姿态，通过平移、旋转局部姿态改变局部姿态矩阵，如图2所示。
在移动终端操作系统中，嵌入式渲染API的平移和旋转函数支持以三维矩阵相乘互相组合的方式实现位置和姿态变换。三维虚拟相机标示的当前视点与三维虚拟地球关系的矩阵M由全局视点位置姿态矩阵Mview和三维虚拟地球中局部模型位置姿态Mmodel共同确定，M＝Mmodel*Mview。
全局视点位置姿态矩阵Mview看做视点在Opengl ES默认空间坐标系下视点的旋转和平移操作组合，其中旋转矩阵Mrotal可以表示为以下几步：
第一步，计算观察点到视点方向的向量
第二步，视点朝向向量
第三步，计算向量与向量之间的法向量则旋转矩阵Mrotal表示为：
平移矩阵Mtranslate表示为：
视点的位置ViewPoint以及视点看到的位置CenterPoint通过地球经度(Longitude)、纬度(Latitude)和距离地球表面的高度(Height)表示。
局部视点位置姿态矩阵Mmodel由地球本身的旋转和平移操作完成，用户的交互主要包括X轴和Y轴方向的平移与旋转操作。假定沿X轴平移dx的距离并旋转α角度，沿Y轴平移dy的距离并旋转β角度，则Mmodel表示为：
平移操作模式下，当视点距离地球表面较远时，默认采用全局视点，用户触控滑动操作将通过Arcball算法反馈成虚拟相机视点位置的改变，即改变Mview中ViewePoint的经纬度。当视点距离地球表面较近时，默认采用局部视点，用户触控滑动操作产生的距离将直接改变dx、dy实现地球局部物体位置的平移，即改变Mmodel中的dx、dy值。在旋转操作模式下，通过Arcball算法将用户触屏滑动距离换算成参考球的旋转角度，并将这一角度值赋给Mmodel的α和β角度值，实现地球绕表面点的旋转操作。在缩放操作模式下，用户通过两点触控产生的距离差值L将叠加到Mview中的Distance中，即Distance＝Distance+L。
虚拟相机控制视点与三维虚拟地球模型之间的相对位置和姿态，使得用户能对三维虚拟地球进行平移、旋转、缩放等操作，详细的接口设计如表2所示：
表2虚拟相机详细接口设计
虚拟相机类封装的模型视图矩阵M由视图矩阵Mview和Mmodel两大部分组成。用户在UI主线程时刻监听用户的触控操作并将其传递到更新线程，更新线程重新计算最新Mview和Mmodel并导入渲染线程，由渲染线程压入渲染管道来改变视口的场景。通过虚拟相机接口，用户能够准确的控制三维虚拟地球模型的位置和姿态，实现用户不同角度、不同尺度的地理信息浏览。
三.WFS信息查询接口设计
本发明的WFS信息查询接口根据客户端的查询请求，返回描述地理数据要素集的GML数据。支持地理要素的插入、更新、删除、检索和发现等功能，其中查询操作包括空间几何位置关系查询、空间属性信息查询以及几何与属性的协同查询。
WFS信息查询接口设计使得客户端能够通过发送请求实现对地理要素信息的查询功能，信息的检索和分析在后台服务器上完成，极大的减轻了终端硬件资源的压力，是瘦客户端GIS系统地理要素信息查询方法。移动三维虚拟地球满足用户地理要素信息查询功能，常见的有地名查询、驾车线路查询等常见的应用功能。
WFS信息查询接口定义了以下几类基本操作：GetCapabilities，返回要素服务性能描述XML文档；DescribeFeatureType，返回提供服务要素的结构描述XML文档；GetFeature，按照用户请求返回符合GML规范要求的实例文档；GetGMLObject，获取GML对象；Transaction，为事物请求提供服务；LockFeature，处理在一个事务期间对一个或多个要素类型实例上锁的请求。
WFS信息查询对某一类关键字进行检索，服务器将检索得到的结果以XML文档的形式反馈到前段。移动三维虚拟地球系统中，用户大多只是指定特定的关键字来检索，程序需要指定检索中心点、检索矩形、检索半径、检索城市名称等，将这一系列参数组合起来共同构建成KVP格式的URL向地图服务后台提供检索请求，服务把所以符合规范的要素以XML文档的形式组合起来作为查询结果返回给前端。
不同地图服务通过各自的WFS查询服务接口不仅仅拼出来的URL略有差异，服务返回结果的组织方式也略有不同。为此，我们采用XML解析器，读取返回结果中的各个标签内的地理要素，逐层解析XML中感兴趣的标签内容并保存到结果数组中。客户端实现对地理要素信息的查询功能，信息的检索和分析机制设计合理，终端硬件资源的压力小，节约客户端硬件资源开销。
四.定位服务接口设计
实时定位是移动GIS系统的特色服务功能，也是实时路况导航的技术基础。用户可以通过实时定位功能准确的判断当前地理位置在移动三维虚拟地球中的具体方位，也可以结合驾车线路查询工作进行准确的路径导航。
移动智能终端硬件大多封装了GPS定位模块，移动GIS系统可以通过接受GPS信号实时计算当前位置，亦可以通过获取移动通讯商提供的基站定位技术-LBS服务。LBS定位技术由于精度受限且消耗大量的网络传输数据流量，本发明采用内置GPS模块进行卫星信号定位的方式。
本发明的移动智能终端GPS定位按照接受信号的来源不同分三种定位模式：GPS硬件定位、A-GPS定位、WIFI定位。
GPS硬件定位：GPS硬件模块要求发现四颗卫星才能准确报告位置，要改善接收效果用户需要远离树木及建筑等障碍物，以确保能看见天空。GPS定位首次捕捉信号的时间较长。
A-GPS定位：辅助全球卫星定位系统。结合移动数据与传统卫星，通过运营商基站代送辅助卫星信息，缩减GPS芯片获取卫星信号的延迟时间。当在很差的信号条件下，例如在一座建筑物密集的城市内部，这些信号可能会被许多不规则的建筑物、墙壁或树木削弱。在这样的条件下，A-GPS技术可以通过运营商基站信息或者GSM定位中的Cell-ID定位方法辅助来进行快速定位。使用A-GPS定位技术能够通过移动数据下载星历资料，弥补传统GPS首次定位等待时间太长的缺点的，在GPS没搜索到卫星信号之前，首先在网上下载当前地区可用卫星信息(卫星频段、方位、仰角)，然后把这个信息告诉给GPS，GPS就可以据此直接找到卫星。
WIFI定位：无线热点(也就是AP，或者无线路由器)越来越多，在城市中更趋向于空间任何一点都能接收到至少一个AP的信号。无线热点只要通电，不管它怎么加密的，都一定会向周围发射信号。信号中包含此热点的唯一全球ID。即使距离此热点比较远，无法建立连接，但还是可以侦听到它的存在。热点一般都很少变动。这样，定位端只要侦听一下附近有哪些热点，检测一下每个热点的信号强弱，然后把这些信息发送给Skyhook的服务器。服务器根据这些信息，查询每个热点在数据库里记录的坐标，进行运算，就能知道客户端的具体位置了，再把坐标告诉客户端。收到的AP信号越多，定位就会越准
本发明的移动三维虚拟地球系统定位服务首先启动GPS模块进行卫星信息号搜索，通过获取的卫星信号进行位置解算。当检索到的卫星数量不够时将首先启动A-GPS模块获取当前通讯设备服务商的基站信号，协助进行位置定位。当搜索基站位置失败时将检测WIFI信号并启动WIFI定位模块，获取当前位置的经纬度和高程信息。如果各定位方式都启动失败，则弹出无法定位的提示信息，位置定位服务接口详细设计如表3所示。
表3位置定位服务接口设计
GPS定位模块将进行卫星信号搜索，当启动GPS服务后长期无法检测到有效的卫星个数，系统自动启动A-GPS服务。其中Wifi定位服务一般不常用，作为后备函数，在GPS、A-GPS定位失效的情况下能够满足用户粗定位的要求。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法，其特征在于，包括结合移动终端硬件特性的数据获取接口、虚拟相机接口、信息查询接口、定位服务接口设计，数据获取采用WMTS网络服务接口进行数据集成，用户操作调用虚拟相机接口实现数据的实时加载和场景的切换，信息查询采用WFS信息查询接口，定位服务采用实时定位方式；
数据获取接口设计通过WMTS协议获取地理服务商提供的切片地理数据，采用分级切片的地理数据服务方式；
虚拟相机接口设计将用户对三维虚拟地球的观察视角封装起来构建虚拟类，通过改变虚拟相机类参数实现对三维虚拟地球视角的改变，在全局视角下，三维虚拟地球模型全部展现在用户视野内，通过滑动屏幕改变相机参数实现三维虚拟地球的旋转操作，在局部视角下，三维虚拟地球中的局部展现在用户视野内，通过滑动屏幕改变局部相机实现局部地物的平移操作；
WFS信息查询接口设计根据客户端的查询请求，返回描述地理数据要素集的GML数据，查询操作包括空间几何位置关系查询、空间属性信息查询以及几何与属性的协同查询；
定位服务接口设计通过实时定位判断当前地理位置在移动三维虚拟地球中的具体方位，移动三维虚拟地球系统首先启动GPS模块进行卫星信息号搜索，通过获取的卫星信号进行位置解算，当检索到的卫星数量不够时启动A-GPS模块获取当前通讯设备服务商的基站信号，协助进行位置定位，当搜索基站位置失败时将检测WIFI信号并启动WIFI定位模块，获取当前位置的经纬度和高程信息。
2.根据权利要求1所述的一种移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法，其特征在于，WMTS通过网络访问的方式获取地图瓦片服务，用户将需要浏览的地理范围和比例尺作为请求信息发送到服务端，服务端返回对应的地图瓦片；
WMTS定义三种基本操作：GetCapabilities，通过访问配置的服务接口，返回描述服务的XML文档；GetTile，通过XML描述的服务器名称和瓦片的范围尺度获取地图瓦片；GetFeatureInfo，返回瓦片地图上的要素信息；
系统通过读取配置的服务说明文件，构建虚拟调度瓦片数据集，通过视口的范围和当前虚拟相机的高度逐步派生子瓦片，其中子瓦片的数据范围和层级与WMTS服务的地理数据图块相对应，通过子瓦片的地理范围和层级进行的逻辑编码和WMTS中GetCapabilities返回的服务器名称进行组合获得单张子瓦片对应的地理数据网络请求地址URL，完成移动三维虚拟地球中四叉树调度瓦片和WMTS数据瓦片相互对应。
3.根据权利要求1所述的一种移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法，其特征在于，虚拟相机封装视点与三维虚拟地球的关系参数，包括视点与三维虚拟地球的距离Distance、视点的位置ViewPoint、视点看到的地球表面位置CenterPoint、垂直视点向上的方位在虚拟三维空间中的方向Up，三维虚拟地球局部姿态矩阵LocalMatrix，在全局视点模式下，用户改变视点的姿态，以最小的资源实现三维虚拟地球旋转的效果，在局部视点模式下，用户改变三维虚拟地球局部姿态，通过平移、旋转局部姿态改变局部姿态矩阵；
嵌入式渲染API的平移和旋转函数支持以三维矩阵相乘互相组合的方式实现位置和姿态变换，三维虚拟相机标示的当前视点与三维虚拟地球关系的矩阵M将由全局视点位置姿态矩阵Mview和三维虚拟地球中局部模型位置姿态Mmodel共同确定，即M＝Mmodel*Mview；
虚拟相机类封装的模型视图矩阵M由视图矩阵Mview和Mmodel两部分组成，用户在UI主线程时刻监听用户的触控操作并传递到更新线程，更新线程重新计算最新Mview和Mmodel并导入渲染线程，由渲染线程压入渲染管道来改变视口的场景。
4.根据权利要求3所述的一种移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法，其特征在于，虚拟相机的全局视点位置姿态矩阵Mview的实现看做视点在Opengl ES默认空间坐标系下视点的旋转和平移操作组合，其中旋转矩阵Mrotal表示为以下几步：
第一步，计算观察点到视点方向的向量
第二步，视点朝向向量
第三步，计算向量与向量之间的法向量则旋转矩阵Mrotal表示为：
<mrow>
<msub>
<mi>M</mi>
<mrow>
<mi>r</mi>
<mi>o</mi>
<mi>t</mi>
<mi>a</mi>
<mi>l</mi>
</mrow>
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<mtr>
<mtd>
<mover>
<mi>C</mi>
<mo>&RightArrow;</mo>
</mover>
</mtd>
<mtd>
<mover>
<mi>U</mi>
<mo>&RightArrow;</mo>
</mover>
</mtd>
<mtd>
<mover>
<mi>D</mi>
<mo>&RightArrow;</mo>
</mover>
</mtd>
<mtd>
<mn>0</mn>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mn>0</mn>
</mtd>
<mtd>
<mn>0</mn>
</mtd>
<mtd>
<mn>0</mn>
</mtd>
<mtd>
<mn>1</mn>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
</mrow>
平移矩阵Mtranslate表示为：
视点的位置ViewPoint以及视点看到的位置CenterPoint通过地球经度(Longitude)、纬度(Latitude)和距离地球表面的高度(Height)表示。
5.根据权利要求3所述的一种移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法，其特征在于，虚拟相机的局部视点位置姿态矩阵Mmodel由地球本身的旋转和平移操作实现，用户的交互包括X轴和Y轴方向的平移与旋转操作，沿X轴平移dx的距离并旋转α角度，沿Y轴平移dy的距离并旋转β角度，则Mmodel表示为：
<mrow>
<msub>
<mi>M</mi>
<mrow>
<mi>mod</mi>
<mi>e</mi>
<mi>l</mi>
</mrow>
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平移操作模式下，当视点距离地球表面较远时，默认采用全局视点，用户触控滑动操作反馈成虚拟相机视点位置的改变，改变Mview中ViewePoint的经纬度，当视点距离地球表面较近时，默认采用局部视点，用户触控滑动操作产生的距离将直接改变dx、dy实现地球局部物体位置的平移，改变Mmodel中的dx、dy值，在旋转操作模式下，将用户触屏滑动距离换算成参考球的旋转角度，并将这一角度值赋给Mmodel的α和β角度值，实现地球绕表面点的旋转操作，在缩放操作模式下，用户通过两点触控产生的距离差值L将叠加到Mview中的Distance中，Distance＝Distance+L。
6.根据权利要求1所述的一种移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法，其特征在于，WFS信息查询接口定义以下几类基本操作：GetCapabilities，返回要素服务性能描述XML文档；DescribeFeatureType，返回提供服务要素的结构描述XML文档；GetFeature，按照用户请求返回符合GML规范要求的实例文档；GetGMLObject，获取GML对象；Transaction，事物请求提供服务；LockFeature，处理在一个事务期间对一个或多个要素类型实例上锁的请求；
系统将系列检索参数组合起来共同构建成KVP格式的URL向地图服务后台提供检索请求，服务器把所以符合规范的要素以XML文档的形式组合起来作为查询结果返回给前端，采用XML解析器，读取返回结果各个标签的地理要素，逐层解析XML中感兴趣的标签内容并保存到结果数组中。
7.根据权利要求1所述的一种移动三维虚拟地球系统的关键接口设计方法，其特征在于，定位服务接口设计按照接受定位信号来源的不同分为三种模式：GPS硬件定位、A-GPS定位、WIFI定位，GPS定位模块进行卫星信号搜索，当启动GPS服务后长期无法检测到有效的卫星个数，系统自动启动A-GPS服务，Wifi定位服务不常用，作为后备函数，在GPS、A-GPS定位失效的情况下满足粗定位的要求。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109828791A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-05-31 | 北京奇艺世纪科技有限公司 | 一种动画播放方法、终端和计算机可读存储介质 |
| CN109901713A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-06-18 | 山东大学 | 一种多人协同装配系统及方法 |
| CN110058684A (zh) * | 2019-03-21 | 2019-07-26 | 海南诺亦腾海洋科技研究院有限公司 | 一种基于vr技术的地理信息交互方法、系统及存储介质 |
| CN110516168A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-11-29 | 华东师范大学 | 一种基于多视图虚拟球的地球空间信息比对方法 |
| US11992944B2 (en) | 2018-05-18 | 2024-05-28 | Google Llc | Data-efficient hierarchical reinforcement learning |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102364523A (zh) * | 2011-05-11 | 2012-02-29 | 武汉理工大学 | 基于ria架构的三维虚拟城市系统实现方法 |
| CN105182385A (zh) * | 2015-09-17 | 2015-12-23 | 北京奇虎科技有限公司 | 地理位置监测方法及设备 |
| US20160019713A1 (en) * | 2014-07-17 | 2016-01-21 | Google Inc. | Blending between street view and earth view |
| CN106843877A (zh) * | 2017-01-20 | 2017-06-13 | 中译语通科技（北京）有限公司 | 一种基于地球呈现的数据分析方法及其系统 |
| CN106908821A (zh) * | 2017-02-28 | 2017-06-30 | 北京交通大学 | 一种室内外无缝定位切换方法 |
-
2017
- 2017-08-28 CN CN201710747606.5A patent/CN107357939B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102364523A (zh) * | 2011-05-11 | 2012-02-29 | 武汉理工大学 | 基于ria架构的三维虚拟城市系统实现方法 |
| US20160019713A1 (en) * | 2014-07-17 | 2016-01-21 | Google Inc. | Blending between street view and earth view |
| CN105182385A (zh) * | 2015-09-17 | 2015-12-23 | 北京奇虎科技有限公司 | 地理位置监测方法及设备 |
| CN106843877A (zh) * | 2017-01-20 | 2017-06-13 | 中译语通科技（北京）有限公司 | 一种基于地球呈现的数据分析方法及其系统 |
| CN106908821A (zh) * | 2017-02-28 | 2017-06-30 | 北京交通大学 | 一种室内外无缝定位切换方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 赵华太: "多模式无缝定位系统的研究与实现", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑 2015年第01期》 * |
| 赵小丹: "基于OSG的航天任务三维仿真系统研究与实现", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑 2016年第06期》 * |
| 龚治兴: "移动终端下电力三维GIS系统关键技术及实现", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑 2016 年 第 05 期》 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11992944B2 (en) | 2018-05-18 | 2024-05-28 | Google Llc | Data-efficient hierarchical reinforcement learning |
| CN109828791A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-05-31 | 北京奇艺世纪科技有限公司 | 一种动画播放方法、终端和计算机可读存储介质 |
| CN109828791B (zh) * | 2018-12-28 | 2022-03-22 | 北京奇艺世纪科技有限公司 | 一种动画播放方法、终端和计算机可读存储介质 |
| CN109901713A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-06-18 | 山东大学 | 一种多人协同装配系统及方法 |
| CN110058684A (zh) * | 2019-03-21 | 2019-07-26 | 海南诺亦腾海洋科技研究院有限公司 | 一种基于vr技术的地理信息交互方法、系统及存储介质 |
| CN110058684B (zh) * | 2019-03-21 | 2022-07-01 | 海南诺亦腾海洋科技研究院有限公司 | 一种基于vr技术的地理信息交互方法、系统及存储介质 |
| CN110516168A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-11-29 | 华东师范大学 | 一种基于多视图虚拟球的地球空间信息比对方法 |
| CN110516168B (zh) * | 2019-08-26 | 2022-09-06 | 上海常点数据服务有限公司 | 一种基于多视图虚拟球的地球空间信息比对方法 |
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