CN109741431B - 一种二三维一体化电子地图框架 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种二三维一体化电子地图框架，包括配置解析器、三维引擎功能模块、数据源模块，配置解析器和三维引擎功能模块分别与业务层连接，数据源模块分别与配置解析器和三维引擎功能模块连接，其中：数据源模块包括底图数据源子模块，高程数据源子模块、矢量数据子模块、模型数据子模块和业务数据子模块；配置解析器，用将视图、底图数据、模型数据源、高程数据源、矢量数据源、工具控件及业务组件的配置参数或类型配置于一个配置文件。本发明通过视图、底图、模型、业务数据等都基于一个配置文件，开发使用者并不需要深入了解三维引擎的原理即可开发三维系统。

Description

一种二三维一体化电子地图框架

技术领域

本发明涉及地理信息领域，特别涉及一种二三维一体化电子地图框架。

背景技术

目前市面上有一些商业GIS平台可提供三维引擎，其代表厂商有Skyline、Esri、超图等，用户可基于这些三维引擎进行二次开发，但是主要存在以下不足：首先，商业GIS平台体系比较庞大、比如Esri，要使用完整的三维功能通常要依赖其一套产品体系，涉及ArcGISPro、Portal、ArcGIS Server、ArcGIS Data Store、Web Adaptor等等，门槛较高。一般用户对其中一些产品使用不到或很少使用而又不得不依赖它，对用户而言，搭建一套适合自己使用的三维GIS系统成本是巨大的，包含依赖的商用产品本身、人力学习成本等等。因此着眼于使用目的，打造一款轻量实用的三维产品是必要且意义重大的。它脱离庞大的产品体系，也能对一般的三维场景数据，如白模、倾斜摄影、点云、BIM、精模等数据源以及业务数据提供强有力的支持。其欠，一些商用三维GIS产品，依旧采用浏览器插件的方式加载和展示三维场景，如Skyline，其三维展示依赖于浏览器插件、且插件受限于浏览器，插件在其他浏览器下不能正常使用，这严重限制了用户的使用习惯，用户体验很差。再者，商用三维引擎难以支持多样化的使用场景定制，如skyline或esri等，在除已有功能接口上不容易做定制扩展，用户使用的特定场景下难以达到理想效果。

在物联网感知设备的无缝集成方面，商业GIS平台重在加载传统的地理信息数据，如地形数据、影像数据、模型数据，但是物联网感知数据作为一种新型的数据，在未来安防领域有着重要的地位。因此，如何将这些动态的、实时的流数据基于三维可视化系统渲染展示，如视频流数据如何嵌入到三维模型中，实现动静结合，全方位监控等，这些都是在安防中切实应用在实战上的需求，而现有的商业GIS平台在这方面相对比较缺乏。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种二三维一体化电子地图框架，旨在克服以上问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种二三维一体化电子地图框架，其特征在于，包括配置解析器、三维引擎功能模块、数据源模块，配置解析器和三维引擎功能模块分别与业务层连接，数据源模块分别与配置解析器和三维引擎功能模块连接，其中：

数据源模块包括底图数据源子模块，高程数据源子模块、矢量数据子模块、模型数据子模块和业务数据子模块；

配置解析器，用将视图、底图数据、模型数据源、高程数据源、矢量数据源、工具控件及业务组件的配置参数或类型配置于一个配置文件。

优选地，所述底图数据源子模块，高程数据源子模块、矢量数据子模块、模型数据子模块和业务数据子模块分别独立封装。

优选地，所述框架采用三维引擎Cesium，Cesium的底层采用Web图形库实现渲染，所述Web图形库通过HTML脚本本身实现Web交互式三维动画的创建，利用底层的图形硬件加速功能实现渲染。

优选地，所述WebGL根据请求定义着色器渲染地图效果，所述着色器是在图形处理器上运行的程序，通过着色器语言GLSL编写。

优选地，所述着色器包括：

一顶点着色器，用于对地图上每个顶点的数据着色；

一片段着色器，用于对地图上每个片段的所有像素着色，地图上的网格由多个三角形构成，每个三角形的表面称为一个片段。

本发明还公开了一种视频融入三维场景的方法，采用如上所述的二三维一体化电子地图框架实现，具体步骤为：

在播放视频的目标位置构建矩形；

为该矩形设置材质属性，所述材质为一个数据集，用于给渲染器提供数据和光照算法，其中贴图是其中的部分数据，用于把纹理坐标通过二维UV坐标映射到3D物体表面；

在材质属性中将HTML文档中的Video元素作纹理；

三维场景实时通过对每一帧的绘制获取视频帧的图像；

获取所需绘制的每帧的视频图像，同步刷新重绘，实现视频和三维场景的融合。

本发明技术方案在基于配置的模块化开发上，视图、底图、模型、业务数据等都基于一个配置文件，其他功能组件都高度封装，开发使用者并不需要深入了解三维引擎的原理即可开发三维系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明二三维一体化电子地图框架的框架示意图；

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1所示，本发明提出的一种二三维一体化电子地图框架，包括配置解析器、三维引擎功能模块、数据源模块，配置解析器和三维引擎功能模块分别与业务层连接，数据源模块分别与配置解析器和三维引擎功能模块连接，其中：

数据源模块包括底图数据源子模块，高程数据源子模块、矢量数据子模块、模型数据子模块和业务数据子模块；

配置解析器，用将视图、底图数据、模型数据源、高程数据源、矢量数据源、工具控件及业务组件的配置参数或类型配置于一个配置文件。

优选地，所述底图数据源子模块，高程数据源子模块、矢量数据子模块、模型数据子模块和业务数据子模块分别独立封装。

优选地，所述框架采用三维引擎Cesium，Cesium的底层采用Web图形库实现渲染，所述Web图形库通过HTML脚本本身实现Web交互式三维动画的创建，利用底层的图形硬件加速功能实现渲染。

优选地，所述WebGL根据请求定义着色器渲染地图效果，所述着色器是在图形处理器上运行的程序，通过着色器语言GLSL编写。

优选地，所述着色器包括：

一顶点着色器，用于对地图上每个顶点的数据着色；

一片段着色器，用于对地图上每个片段的所有像素着色，地图上的网格由多个三角形构成，每个三角形的表面称为一个片段。

本发明还公开了一种视频融入三维场景的方法，采用如上所述的二三维一体化电子地图框架实现，具体步骤为：

在播放视频的目标位置构建矩形；

为该矩形设置材质属性，所述材质为一个数据集，用于给渲染器提供数据和光照算法，其中贴图是其中的部分数据，用于把纹理坐标通过二维UV坐标映射到3D物体表面；

在材质属性中将HTML文档中的Video元素作纹理；

三维场景实时通过对每一帧的绘制获取视频帧的图像；

获取所需绘制的每帧的视频图像，同步刷新重绘，实现视频和三维场景的融合。

本发明技术方案在基于配置的模块化开发上，视图、底图、模型、业务数据等都基于一个配置文件，其他功能组件都高度封装，开发使用者并不需要深入了解三维引擎的原理即可开发三维系统。本发明主要是用在大场景、大数据可视化上弥补二维地图不能够更加直观、真实的表达真实环境的缺陷而进行开发。本发明没有摒弃二维地图的功能，相反，对二维提供了支持，将二维融入其中，为用户多提供了一个选择。二三维一体化可从两方面来理解：1、可提供二维和三维的联动，在特定场合若需用到二维和三维的联动来更好的观察对比数据，则开发者可实例化两个视图对象，两个视图通过参数类型sceneMode来区分，通过对二维和三维视图对象绑定事件处理函数，在操作二维的同时同步三维的相机视野范围可联动三维；同理，操作三维视图的时候同步二维中的视野范围可联动二维；2、可提供二维和三维的直接切换。通过设置场景Scene对象接口的属性参数Scene.mode为SceneMode.SCENE3D，可切换为3D模式，设置mode属性为SceneMode.SCENE2D切换为2D模式。2D模式下视角锁定为90°俯视。

通过webgl技术绘制图形，必须定义几何和外观两个属性，几何可理解为几何图形的顶点坐标，外观即是要给几何形状绘制出什么颜色或是贴图。由此，本框架在视频监控点处，当用户点击交互时，在地表(含建筑物)绘制矩形，矩形的外观材质绑定html5的video元素，三维场景以固定帧率刷新图形元素的同时即可同步渲染相应视频帧的图像，从而将视频播放真正融入到三维场景中，用户可在监控点位置观看视频的同时对视频监控范围外的场景有个真实的位置感知。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种视频融入三维场景的方法，其特征在于，采用二三维一体化电子地图框架实现，具体步骤为：

在播放视频的目标位置构建矩形；

为该矩形设置材质属性，所述材质属性为一个数据集，用于给渲染器提供数据和光照算法，其中贴图是其中的部分数据，用于把纹理坐标通过二维UV坐标映射到3D物体表面；

在材质属性中将HTML文档中的Video元素作贴图纹理；

三维场景实时通过对每一帧的绘制获取视频帧的图像；

获取所需绘制的每帧的视频图像，同步刷新重绘，实现视频和三维场景的融合；

二三维一体化电子地图框架包括配置解析器、三维引擎功能模块和数据源模块，配置解析器和三维引擎功能模块分别与业务层连接，数据源模块分别与配置解析器和三维引擎功能模块连接，其中：

数据源模块集成有底图数据源子模块，高程数据源子模块、矢量数据子模块、模型数据子模块和业务数据子模块；

配置解析器，用于将视图、底图数据、模型数据源、高程数据源、矢量数据源、工具控件及业务组件的配置参数或类型配置于一个配置文件。

2.如权利要求1所述的视频融入三维场景的方法，其特征在于，所述底图数据源子模块，高程数据源子模块、矢量数据子模块、模型数据子模块和业务数据子模块分别独立封装。

3.如权利要求1所述的视频融入三维场景的方法，其特征在于，所述二三维一体化电子地图框架采用三维引擎Cesium，Cesium的底层采用Web图形库实现渲染，所述Web图形库通过HTML脚本本身实现Web交互式三维动画的创建，利用底层的图形硬件加速功能实现渲染。

4.如权利要求3所述的视频融入三维场景的方法，其特征在于，所述Web图形库根据请求定义着色器渲染地图效果，所述着色器是在图形处理器上运行的程序，通过着色器语言GLSL编写。

5.如权利要求4所述的视频融入三维场景的方法，其特征在于，所述着色器包括：

一顶点着色器，用于对地图上每个顶点的数据着色；

一片段着色器，用于对地图上每个片段的所有像素着色，地图上的网格由多个三角形构成，每个三角形的表面称为一个片段。