CN109064534A - 一种基于网页的全球海浪真实感绘制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于网页的全球海浪真实感绘制方法,包括以下步骤:步骤1、构建海水的绘制函数模型;步骤2、生成符合海浪波形的高度图;步骤3、利用全球的海陆分离数据做掩膜,来实现全球的海陆分离以及内陆湖的模拟;步骤4、利用粒子系统和多细节层次技术相结合的技术方法实现船航迹的模拟;步骤5、重构浏览器应用程序,将步骤1‑4中的海洋绘制场景渲染为纹理绘制在浏览器的标签页中,通过浏览器标签方式加载并显示在浏览器页面中。本发明突破浏览器对本地计算资源使用的限制,可以展现更好的显示效果,尤其针对3D效果的渲染能力。

Description

一种基于网页的全球海浪真实感绘制方法
技术领域
本发明涉及数字地球可视化,尤其涉及一种基于网页的全球海浪真实感绘制方法。
背景技术
数字地球是一种可以嵌人海量数据的、多分辨率的和三维的地球表达。他明确地将“数字地球”与遥感技术、地理信息系统、计算机技术、网络技术、多维虚拟现实技术等高技术和可持续发展决策、农业、灾害、资源、全球变化、教育、军事等方面的社会需求联系在一起。按照实现架构,主要分为组件式的地理信息系统(ComGIS)和网络地理信息系统(WebGIS)。在互联网出现的初期,数字地球是以组件式的地理信息系统应用为主,这种架构既具备了强大的GIS处理数据的能力、可视化能力,又不失其开发的灵活性与便捷性。然而其缺点也是显而易见的,ComGIS对于数据的共享能力太弱。
随着遥感等信息技术、互联网技术、计算机技术等的应用和普及,数字地球实现架构已经从单纯的技术型和研究型逐步向地服务层面转移。WebGIS正是Internet技术应用于GIS开发的产物。WebGIS以瘦客户端,富服务端为应用模式。由于应用程序统一部署在服务端,维护工作只需要在服务器端进行,不但简单方便,也极大的减少了部署维护的费用。虽然WebGIS补充了传统GIS在跨平台与大众化方面的不足,但是WebGIS也付出了相应的代价。首先,与传统桌面GIS相比,WebGIS有限的交互能力极大地影响了用户体验效果,客户端对GIS数据进行浏览时,其响应速度也受到了网络带宽的影响。其次,瘦客户端应用程序更多地依赖于Web服务器的性能,无法充分利用客户端机器的硬件处理能力,WebGIS对本地计算资源使用的限制也局限了GIS三维化的效果展现。
海洋占据着地球的大部分面积,含有丰富的矿物,渔业等资源,对它的探索具有重大的意义;在考古领域,海洋深处埋藏着无数的秘密;在军事领域,要保持现代的,强大的国防力量和军事实力,就必须保持经常性的军事演习。由于常规的海上训练经费高、周期长、风险大等一系列弊端,同时也不能穷尽其所有的可能及其他不可控的因素,因此世界各国军队求助于仿真技术、虚拟现实等来解决类似的问题,进行虚拟海战模拟。其中最重要的一点就是创建一个逼真的全球海浪真实感环境。在各个需求的牵引下,国内外学者进行了一些研究,有助于降低成本,提高效率。由于海场景的时空动态特性、受力的复杂性、海面光学效应及巨大的计算量,使得大规模海战场景的模拟绘制一直是一个难点问题。
在数字地球可视化构建上,全球海洋的真实感快速模拟是其中的一个难点。主要是由于海场景的时空动态特性、受力的复杂性、海面光学效应及巨大的计算量,使得大规模海战场景的模拟绘制一直是一个难点问题。在组件式的GIS平台上,近年来,国内外学者针对全球海浪的模拟进行了一些研究,也取得了一些成绩。但是在WebGIS平台上,全球海浪的真实感图形快速绘制技术一直是一个难点。
对于海洋网格的构建,Claes Johanson提出了投影网格算法,该算法虚拟了一个分布均匀的平面网格,通过变换,将采样点转换到世界空间中,形成与人视觉相符的海面网格采样点。基于生成的网格采样点,Foster结合有限差分法求解了N-S方程,通过近似的流速场和压力场模拟出了各个采样网格点的高程值。HinSinger等提出一种自适应的网格模型,该模型将屏幕上显示的海面区域细分成M*N个矩形网格单元,每个网格单元按照逆向透视投影到静止的海平面上,从而获得海平面上对应的不均匀分布的M*N个网格位置。
在网格顶点高度的计算方便,随着图形处理器以及可编程管线能力的大幅度提高,基于GPU利用高度图来计算网格顶点高度成为热点。其中比较有代表性的高度图生成算法有:Johanson采用Perlin噪声生成海面高度图:Kryachko利用灰度图进行叠加和重复来生成高度图。延河基于物理的方法实现了对海浪场景的模拟,基于平滑粒子流体动力学模型,提出一种压力状态方程,实现水面对浪花飞溅和泡沫的模拟。
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网页的全球海浪真实感绘制方法。
为了解决以上技术问题,本发明采用的技术方案是:一种基于网页的全球海浪真实感绘制方法,包括以下步骤:
步骤1、构建海水的绘制函数模型;
步骤2、生成符合海浪波形的高度图;
步骤3、利用全球的海陆分离数据做掩膜,来实现全球的海陆分离以及内陆湖的模拟;
步骤4、利用粒子系统和多细节层次技术相结合的技术方法实现船航迹的模拟;
步骤5、重构浏览器应用程序,将步骤1-4中的海洋绘制场景渲染为纹理绘制在浏览器的标签页中,通过浏览器标签方式加载并显示在浏览器页面中。
进一步地,所述步骤1中的海水函数模型,采用C++语言以及OpenGL着色语言编写底层数据库;在三维渲染引擎OSG环境下、利用osgEarth平台,按照OSG的绘制节点方式,封装海洋节点为一个osg::Drawable对象,实现海水的绘制函数。
进一步地,所述步骤1还包括:重载osgEarth的OceanNode节点,在traverse中,OSG的更新遍历阶段,更新海水的网格点高度。
进一步地,所述步骤2采用基于图形处理器的快速傅里叶变换方法生成符合海浪波形的高度图。
进一步地,所述图形处理器的加速利用CUDA库实现。
进一步地,所述海浪波形的高度图符合Phillips谱。
进一步地,所述步骤3中,全球的海陆分离数据包括全球影像、高程数据及与其分别对应的海陆分离数据;所述全球影像和高程数据采用标准的Tms影像分层调度。
进一步地,所述海陆分离数据每一个瓦片层海陆分离模块中陆地部分的海水透明度为0。
进一步地,所述步骤3中,根据视点动态调度视点可见范围内的高程数据和瓦片数据,利用高程数据的顶点来确定海水的顶点,利用瓦片的透明度来确定那个范围绘制海水,从而实现精确的海陆分离绘制效果。
进一步地,所述步骤4中,船航迹建立三层多细节层次,包括第一级:不可见,第二级:船尾,第三级:船的侧浪,以及船尾的粒子浪花效果。
进一步地,所述步骤5中,使用封装了Chromium浏览器内核的Chromium EmbeddedFramework对浏览器应用程序进行重构。
进一步地,所述步骤5具体为:将数字地球中全球海洋绘制模块封装为浏览器的插件,将步骤1-4中的海洋绘制场景渲染为纹理绘制在浏览器的标签页,浏览器则加载地理信息系统插件并且将GIS视图转化为HTML标签显示在浏览器页面中,通过HTML标签属性控制或者直接使用JavaScript技术来调用全球海浪绘制的功能。
本发明提供了一种基于网页的全球海浪真实感图形快速绘制技术,首先使用可以利用本地计算机的硬件资源对全球海浪绘制模块功能进行可视化渲染绘制,然后使用PPAPI方式(Pepper Plugin Application Programming Interface,基于Chromium进行插件扩展的一种API规范)规范化,将整个绘制场景渲染为纹理绘制在浏览器的标签页,CEF通过PPAPI方式加载使用,突破浏览器对本地计算资源使用的限制,可以展现更好的显示效果,尤其针对3D效果的渲染能力。且全球海浪绘制模块可以和传统GIS组件中全球海浪一样,具备同等的可视化真实感效果。
附图说明
图1位本发明的方法的流程图。
图2为本发明的技术在网页中海水的绘制效果图。
图3为海陆分离的样例数据示意图。
图4为船的航迹绘制的示意图。
具体实施方式
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。
一种基于网页的全球海浪真实感绘制方法,如图1所示,包括以下步骤:
步骤1、构建海水的绘制函数模型:
底层数据库采用C++语言以及GLSL(OpenGL着色语言)高级着色语言编写;在开源三维渲染引擎OSG、osgEarth平台上,按照OSG的绘制节点方式,封装海洋节点为一个osg::Drawable对象,在drawImplementation函数中,实现海水的绘制函数,重载osgEarth的OceanNode节点,在traverse中,OSG的更新遍历阶段,更新海水的网格点高度。
步骤2、生成符合海浪波形的高度图:
利用CUDA的FFT方法生成符合海浪波形的高度图。由于海浪具有不规则性和不重复性,但其统计特性是稳定的,利用波浪谱以随机过程过程更为科学。转化为数学物理模型可以视为许多多振幅不等,相位不同的正弦波叠加的结果。比较常见的波浪谱有,JONSWAP谱,Phillips谱等,其中Phillips可以较好体现出风对海浪的影响。因此本发明采用基于GPU的FFT方法生成符合Phillips谱的海浪高度图。其中GPU加速利用CUDA库,该库是一种由NVIDIA推出的通用并行计算架构,该架构使GPU能够解决复杂的计算问题。
步骤3、利用全球的海陆分离数据做掩膜,来实现全球的海陆分离以及内陆湖的模拟:
全球的影像以及高程数据都采用标准的Tms影像分层调度,同时还需要有与影像和高程数据对应的海陆分离数据。该海陆分离数据的特征为,每一个瓦片层海陆分离模块中陆地部分的海水透明度为0,如图2。根据视点动态调度视点可见范围内的高程数据和瓦片数据,利用高程数据的顶点来确定海水的顶点,利用瓦片的透明度来确定那个范围绘制海水,从而实现精确的海陆分离绘制效果。
步骤4、利用粒子系统和LOD(多细节层次技术)相结合的技术方法实现船航迹的模拟;船航迹共建立三级LOD——第一级:不可见,第二级:船尾,第三级船的侧浪,以及船尾的粒子浪花效果,船航迹绘制效果如图3所示。
步骤5、重构浏览器应用程序,将步骤1-4中的海洋绘制场景渲染为纹理绘制在浏览器的标签页中,通过浏览器标签方式加载并显示在浏览器页面中:
使用封装了Chromium浏览器(Google公司基于WebKit开发的浏览器引擎)内核的CEF(Chromium Embedded Framework,基于Chromium的网络浏览器控件),重构浏览器应用程序。将数字地球中全球海洋绘制模块封装为浏览器的插件,将整个绘制场景渲染为纹理绘制在浏览器的标签页,浏览器则加载地理信息系统插件并且将GIS视图转化为HTML标签显示在浏览器页面中,通过HTML标签属性控制或者直接使用JavaScript技术来调用全球海浪绘制的功能,获得网页中海水的绘制效果如图1所示。
上述实施方式并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于网页的全球海浪真实感绘制方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1、构建海水的绘制函数模型;
步骤2、生成符合海浪波形的高度图;
步骤3、利用全球的海陆分离数据做掩膜,来实现全球的海陆分离以及内陆湖的模拟;
步骤4、利用粒子系统和多细节层次技术相结合的技术方法实现船航迹的模拟;
步骤5、重构浏览器应用程序,将步骤1-4中的海洋绘制场景渲染为纹理绘制在浏览器的标签页中,通过浏览器标签方式加载并显示在浏览器页面中。
2.根据权利要求1所述的基于网页的全球海浪真实感绘制方法,其特征在于:所述步骤1中的海水函数模型,采用C++语言以及OpenGL着色语言编写底层数据库;在三维渲染引擎OSG环境下、利用osgEarth平台,按照OSG的绘制节点方式,封装海洋节点为一个osg::Drawable对象,实现海水的绘制函数;重载osgEarth的OceanNode节点,在traverse中,OSG的更新遍历阶段,更新海水的网格点高度。
3.根据权利要求1所述的基于网页的全球海浪真实感绘制方法,其特征在于:所述步骤2采用基于图形处理器的快速傅里叶变换方法生成符合海浪波形的高度图。
4.根据权利要求1所述的基于网页的全球海浪真实感绘制方法,其特征在于:所述图形处理器的加速利用CUDA库实现。
5.根据权利要求1所述的基于网页的全球海浪真实感绘制方法,其特征在于:所述海浪波形的高度图符合Phillips谱。
6.根据权利要求1所述的基于网页的全球海浪真实感绘制方法,其特征在于:所述步骤3中,全球的海陆分离数据包括全球影像、高程数据及与其分别对应的海陆分离数据;所述全球影像和高程数据采用标准的Tms影像分层调度;所述海陆分离数据每一个瓦片层海陆分离模块中陆地部分的海水透明度为0。
7.根据权利要求1所述的基于网页的全球海浪真实感绘制方法,其特征在于:所述步骤3中,根据视点动态调度视点可见范围内的高程数据和瓦片数据,利用高程数据的顶点来确定海水的顶点,利用瓦片的透明度来确定那个范围绘制海水,从而实现精确的海陆分离绘制效果。
8.根据权利要求1所述的基于网页的全球海浪真实感绘制方法,其特征在于:所述步骤4中,船航迹建立三层多细节层次,包括第一级:不可见,第二级:船尾,第三级:船的侧浪,以及船尾的粒子浪花效果。
9.根据权利要求1所述的基于网页的全球海浪真实感绘制方法,其特征在于:所述步骤5中,使用封装了Chromium浏览器内核的Chromium Embedded Framework对浏览器应用程序进行重构。
10.根据权利要求1所述的基于网页的全球海浪真实感绘制方法,其特征在于:所述步骤5具体为:将数字地球中全球海洋绘制模块封装为浏览器的插件,将步骤1-4中的海洋绘制场景渲染为纹理绘制在浏览器的标签页,浏览器则加载地理信息系统插件并且将GIS视图转化为HTML标签显示在浏览器页面中,通过HTML标签属性控制或者直接使用JavaScript技术来调用全球海浪绘制的功能。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109325157A (zh) * 2018-07-06 2019-02-12 中科星图股份有限公司 基于浏览器的地理空间信息承载方法
CN111080766A (zh) * 2019-12-30 2020-04-28 中科星图股份有限公司 一种基于WebGL的GPU加速海量目标高效渲染方法
CN111221514A (zh) * 2020-01-13 2020-06-02 陕西心像信息科技有限公司 基于OsgEarth的三维可视化组件实现方法及系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060080072A1 (en) * 2003-03-12 2006-04-13 Computer Associates Think, Inc. Optimized rendering of dynamic moving bodies
CN102243770A (zh) * 2011-07-19 2011-11-16 南昌航空大学 一种基于osg的虚拟海战场真实感图形快速绘制方法
CN103577656A (zh) * 2013-11-25 2014-02-12 哈尔滨工业大学 潜射导弹出水过程三维动态仿真方法
CN108021356A (zh) * 2017-11-06 2018-05-11 江苏省测绘研究所 一种跨屏跨平台的可量测实景地图组织方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060080072A1 (en) * 2003-03-12 2006-04-13 Computer Associates Think, Inc. Optimized rendering of dynamic moving bodies
CN102243770A (zh) * 2011-07-19 2011-11-16 南昌航空大学 一种基于osg的虚拟海战场真实感图形快速绘制方法
CN103577656A (zh) * 2013-11-25 2014-02-12 哈尔滨工业大学 潜射导弹出水过程三维动态仿真方法
CN108021356A (zh) * 2017-11-06 2018-05-11 江苏省测绘研究所 一种跨屏跨平台的可量测实景地图组织方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨首峰 等: "基于GPU实时的大范围海水模拟", 《计算机技术与发展》 *
陈宁 等: "基于OSG的海洋漫游场景开发", 《江苏科技大学学报(自然科学版)》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109325157A (zh) * 2018-07-06 2019-02-12 中科星图股份有限公司 基于浏览器的地理空间信息承载方法
CN109325157B (zh) * 2018-07-06 2022-07-26 中科星图股份有限公司 基于浏览器的地理空间信息承载方法
CN111080766A (zh) * 2019-12-30 2020-04-28 中科星图股份有限公司 一种基于WebGL的GPU加速海量目标高效渲染方法
CN111080766B (zh) * 2019-12-30 2023-09-01 中科星图股份有限公司 一种基于WebGL的GPU加速海量目标高效渲染方法
CN111221514A (zh) * 2020-01-13 2020-06-02 陕西心像信息科技有限公司 基于OsgEarth的三维可视化组件实现方法及系统
CN111221514B (zh) * 2020-01-13 2023-03-03 陕西心像信息科技有限公司 基于OsgEarth的三维可视化组件实现方法及系统

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