CN112380309A - 一种基于WebGL的GIS数据可视化方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于WebGL的GIS数据可视化方法及装置，包括基于Three.js的多地图适配：将Three可视化效果包与各个地图引擎拆分出来，再通过一个总调度判定当前的地图引擎类型，获取正确的效果表达；统一数据接入：编辑一个统一的数据处理方法，通过判断用户输入的数据，匹配相应的处理方法，经过处理后的数据会有一个统一的数据格式，同时，若用户在输入数据时指定渲染方式，数据接入会有区分字段进行判定；可视化效果模板化：对可视化效果集分为十一个大类，每一个大类中都有为不同使用场景设计的效果，通过编写Three场景的效果代码完成可视化效果实现。本发明所述方法及装置能大幅缩短GIS数据可视化效果的开发周期，同时具有广泛地适用性和通用性。
Description
技术领域
本发明涉及可视化技术领域，特别是涉及一种基于WebGL的GIS数据可视化方法以及一种基于WebGL的GIS数据可视化的装置。
背景技术
WebGL的出现让Web端的三维可视化技术得到了长足的发展。不同于X3D,VRML等传统的Web3D技术，在绝大多数浏览器中WebGL不用安装插件就可以实现三维图形加速并得到一个较好的渲染效果。WebGL将JavaScript与OpenGLES 2.0结合在一起，这样WebGL自然会支持shader编程，shader编程的支持，也让地图上能展示的东西更加丰富。
目前WebGL与地图引擎结合的产品往往是对一个单一的引擎进行支持，但考虑到目前地图开发人员使用的地图引擎种类较为繁杂，为了提升该数据可视化方法的通用性，需要重构每一种引擎与WebGL的结合方式，使该方法可移植性增强。
现有的产品大多是二维图表放入到三维地图场景中进行展示，但这样就不能够充分的发挥出三维场景的自由性以及延展性。三维地图能够将一个原本抽象的数据具象化，充分的利用不同维度来表达数据。这就需要用到WebGL技术将数据转换成人们在日常生活中体会到数据的形式。
地图上的数据都比较繁杂，大多数厂家都会对自家的可视化产品可以传入的数据做一个限制，但这样会增加大量的处理数据的时间。
发明内容
本发明针对上述问题，提出一种基于WebGL的GIS数据可视化方法及装置。
本发明的技术方案是：提供一种基于WebGL的GIS数据可视化方法，包括如下步骤：
基于Three.js的多地图适配：将Three可视化效果包与各个地图引擎拆分出来，再通过一个总调度判定当前的地图引擎类型，并且可以自由的切换地图是平面或是球面，覆盖了绝大部分的地图开发人员的开发环境，获取正确的效果表达；
统一数据接入：编辑一个统一的数据处理方法，通过判断用户输入的数据，匹配相应的处理方法，经过处理后的数据会有一个统一的数据格式，这样可以让后续的开发对于数据的处理具有统一性，为可视化效果模板化开发奠定了基础，同时，若用户在输入数据时指定渲染方式，数据接入会有区分字段进行判定，；
可视化效果模板化：对可视化效果集分为十一个大类，每一个大类中都有为不同使用场景设计的效果，通过编写Three场景的效果代码完成可视化效果实现，能够让一个可视化效果的开发周期大幅的缩短。
本发明的进一步技术方案是：所述多地图适配包括对ArcGis，MapBox，Cesium三种地图引擎的适配。
本发明的进一步技术方案是：所述统一数据接入中，允许接入的数据有ArcGis服务数据，JSON数据，GeoJSON数据和自定义数据，解决了以往需要花费大量时间精力处理数据的用户痛点。
本发明的进一步技术方案是：所述统一数据接入中，允许用户输入数据包括单值参数，多值参数以及分类参数，根据单值参数，多值参数以及分类参数将数据进行渲染属性划分，渲染属性包括单值渲染，多值渲染和分层渲染，这样可以在不进行数据处理情况下实现不同的渲染方式，极大程度的节省了开发时间。
本发明的进一步技术方案是：所述可视化效果实现包括用GPU运算编写着色器，包括顶点处理和像素处理两个部分，这种方式可以让所得到的效果更加美观以及高效。
本发明的技术方案是：构建一种基于WebGL的GIS数据可视化装置，基于Three.js的多地图适配模块、统一数据接入模块、可视化效果模板化模块，所述基于Three.js的多地图适配模块将Three可视化效果包与各个地图引擎拆分出来，再通过一个总调度判定当前的地图引擎类型，获取正确的效果表达；所述统一数据接入模块编辑一个统一的数据处理方法，通过判断用户输入的数据，匹配相应的处理方法，经过处理后的数据会有一个统一的数据格式，同时，若用户在输入数据时指定渲染方式，数据接入会有区分字段进行判定；所述可视化效果模板化模块对可视化效果集分为十一个大类，每一个大类中都有为不同使用场景设计的效果，通过编写Three场景的效果代码完成可视化效果实现。
本发明的进一步技术方案是，所述基于Three.js的多地图适配模块中的多地图适配包括对ArcGis，MapBox，Cesium三种地图引擎的适配。
本发明的进一步技术方案是，所述统一数据接入模块中，允许接入的数据有ArcGis服务数据，JSON数据，GeoJSON数据和自定义数据。
本发明的进一步技术方案是，所述统一数据接入模块中，允许用户输入数据包括单值参数，多值参数以及分类参数，根据单值参数，多值参数以及分类参数将数据进行渲染属性划分，渲染属性包括单值渲染，多值渲染和分层渲染。
本发明的进一步技术方案是，所述可视化效果模板化模块中，所述可视化效果实现包括用GPU运算编写着色器，包括顶点处理和像素处理两个部分。
本发明提供的一种基于WebGL的GIS数据可视化方法及装置，与现有技术相比，具有如下改进及优点：
(1)移植性强：可以与ArcGis，MapBox，Cesium等多种地理引擎结合，并支持平面三维、球面三维多种的地图类型，具有较高的移植性；
(2)通用性强：本发明将数据格式以点线面区分，同种类型的数据可以做到完全复用，提高通用率；
(3)使用界限低：本发明数据接入方式多种多样，用户不用在使用前知道如何进行数据转换，大大的降低了开发门槛；
(4)迭代效率高：具有一个模板化的开发环境，通过可视化效果模板化较快速完成一个全新效果的开发；
(5)可视化效果丰富：对效果集分为了十一个大类，并且在每一个大类中都有为了不同使用场景设计的效果，足以满足绝大部分的表达。
附图说明
图1为本发明实施例的模块结构示意图；
图2为本发明实施例中多地图适配示意图；
图3为本发明实施例中场景融合示意图；
图4为本发明实施例中接入数据处理示意图；
图5为本发明实施例中三维可视化效果功能分类示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明技术方案进一步说明。
本发明的具体实施方式是：提供一种基于WebGL的GIS数据可视化方法，包括如下步骤：
基于Three.js的多地图适配：将Three可视化效果包与各个地图引擎拆分出来，再通过一个总调度判定当前的地图引擎类型，并且可以自由的切换地图是平面或是球面，覆盖了绝大部分的地图开发人员的开发环境，获取正确的效果表达；
本发明的优选实施方式是：所述多地图适配包括对ArcGis，MapBox，Cesium三种地图引擎的适配。
具体实施过程是：Three可视化效果包可单独使用作为一个小场景的效果库，也可以跟地图引擎包结合在地图上作为一个真实数据的表达，各个地图引擎的结合包主要是作为地图与效果包的一个连接，将Three渲染场景与地图场景相融合，做到场景同步。用户使用该可视化方法时可以根据需要安装相应的地图结合包，此时会自动为用户安装可视化效果包，进行地图数据表达；也可以通过总调度方法，内部进行地理引擎的判断，进而决定包的安装做出正确表达，如图2所示，Three可视化效果包与各个地图的融合方法类似，在本实施例中，主要以ArcGis地理引擎进行介绍，ArcGis地理引擎会在初始化时对LayerManager，Scene以及OverLayerManager进行创建，Scene模块是地图的渲染核心逻辑，其中关键的作用是创建一个渲染循环，如图3所示，优选方式是将Three场景中的Renderer,Camera以及光源与地理引擎创建的Scene中的相应属性勾兑起来，从而实现场景同步的效果。在对一些Three可视化效果包与地图共有的属性进行串联之后，还在Three场景的基础构建过程中添加一些Three可视化效果包特有的一些表达要素，目前添加有各种类型的辉光效果，能够加强效果对于数据的表达。
统一数据接入：编辑一个统一的数据处理方法，通过判断用户输入的数据，匹配相应的处理方法，经过处理后的数据会有一个统一的数据格式，这样可以让后续的开发对于数据的处理具有统一性，为可视化效果模板化开发奠定了基础，同时，若用户在输入数据时指定渲染方式，数据接入会有区分字段进行判定；
本发明的优选实施方式是：所述统一数据接入中，允许接入的数据有ArcGis服务数据，JSON数据，GeoJSON数据和自定义数据，解决了以往需要花费大量时间精力处理数据的用户痛点。
本发明的优选实施方式是：所述统一数据接入中，允许用户输入数据包括单值参数，多值参数以及分类参数，根据单值参数，多值参数以及分类参数将数据进行渲染属性划分，渲染属性包括单值渲染，多值渲染和分层渲染，这样可以在不进行数据处理情况下实现不同的渲染方式，极大程度的节省了开发时间。
具体实施过程是：如图4所示，实施例中，为提升用户的使用感受，在效果的属性参数的传递上进行了一定的优化，用户可以在属性参数的传递过程中决定效果的渲染方式可以分为单值渲染，多值渲染以及分层渲染。优选方式是需要用户在传递参数时指定渲染方式，以及在每个数据中有区分字段进行判定，这样就可以在不进行数据处理情况下实现不同的渲染方式。
可视化效果模板化：对可视化效果集分为十一个大类，每一个大类中都有为不同使用场景设计的效果，通过编写Three场景的效果代码完成可视化效果实现，能够让一个可视化效果的开发周期大幅的缩短。
具体实施过程是：如图5所示，对于一个可视化效果方法，其最为主要的还是要看可以用于表达地图数据的效果数量，实施例中将所有效果以表达方式的不同分为了是十一个大类，再在大类中以一些使用场景的不同完成进一步的细分。效果的开发都是以平时项目中会用到为主，并衍生出一些有些改变的效果，目前每个大分类中都会有较多的效果供用户选择，足以满足一些正常的数据表达。
本发明的优选实施方式是：所述可视化效果实现包括用GPU运算编写着色器，包括顶点处理和像素处理两个部分，这种方式可以让所得到的效果更加美观以及高效。
具体实施过程是：可视化方法中的可视化效果都是自行编写着色器编写，shader的相关的着色运算都是在GPU这样就极大程度的提升了运算效率，主要是分为两部分：一部分是顶点处理，一部分是像素处理。这种编程方式也让所得到的效果更加美观以及高效。以粒子系统分类中的效果来说，每个效果都会对上万个粒子进行实时处理，这样如果是用CPU进行运算，效果会十分卡顿，GPU运算则不会有这种情况。
具体实施过程中，仅在地图中进行可视化表达可能并不能像一些二位图表一样将详细的数据表达清楚，为此里面绝大部分效果支持交互，用户通过鼠标的不同的交互方式来弹出该效果所表达数据的具体数值。优选实施方式中并没有将以往二维图表数据表达清晰的优势去除，而是将他们较为和谐的融合在一起。另外本发明方法中的效果适用的场景很多，不仅仅是不同的地理引擎可以相互兼容，对于一些地理引擎会支持球面三维以及平面三维两种地图，该方法中的效果也都能正确进行表达。如图5所示，目前的效果虽然足以满足绝大部分的数据表达需求，但需求是不确定的，总会碰到一些需求在这个效果包找不到对应的表达。这时一个模板化的效果开发环境就变得尤为重要，而本发明方法正好为开发人员提供了一个这样的环境。目前绝大部分厂商在进行新效果的开发时需要从地图与WebGL场景的组合开始开发，但在该方法中开发人员可以做到只编写Three场景的效果代码就可以完成效果的开发。
如图1所示，本发明的具体实施方式是：构建一种基于WebGL的GIS数据可视化装置，基于Three.js的多地图适配模块1、统一数据接入模块2、可视化效果模板化模块3，所述基于Three.js的多地图适配模块1将Three可视化效果包与各个地图引擎拆分出来，再通过一个总调度判定当前的地图引擎类型，获取正确的效果表达；所述统一数据接入模块2编辑一个统一的数据处理方法，通过判断用户输入的数据，匹配相应的处理方法，经过处理后的数据会有一个统一的数据格式，同时，若用户在输入数据时指定渲染方式，数据接入会有区分字段进行判定；所述可视化效果模板化模块3对可视化效果集分为十一个大类，每一个大类中都有为不同使用场景设计的效果，通过编写Three场景的效果代码完成可视化效果实现。
本发明的优选实施方式是：所述基于Three.js的多地图适配模块1中的多地图适配包括对ArcGis，MapBox，Cesium三种地图引擎的适配。
本发明的优选实施方式是：所述统一数据接入模块2中，允许接入的数据有ArcGis服务数据，JSON数据，GeoJSON数据和自定义数据。
本发明的优选实施方式是：所述统一数据接入模块2中，允许用户输入数据包括单值参数，多值参数以及分类参数，根据单值参数，多值参数以及分类参数将数据进行渲染属性划分，渲染属性包括单值渲染，多值渲染和分层渲染。
本发明的优选实施方式是：所述可视化效果模板化模块3中，所述可视化效果实现包括用GPU运算编写着色器，包括顶点处理和像素处理两个部分。
本发明提供的一种基于WebGL的GIS数据可视化方法及装置，能达到GIS数据可视化的多样性表达以及效果交互；Shader编程中对每个可视化表达的顶点处理以及像素处理让所得到的效果更加美观以及高效；多地理引擎与Three场景的同步使本发明方法具有更强的移植性；接入不同数据的转换方法满足本发明方法的通用性强；效果的单值渲染，多值渲染以及分层渲染可以在不进行数据处理情况下实现不同的渲染方式，极大程度的节省了开发时间；模板化开发的模板构建能够让一个可视化效果的开发周期大幅的缩短。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的步骤、方法、装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种步骤、方法、装置所固有的要素。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于WebGL的GIS数据可视化方法，其特征在于，包括：
基于Three.js的多地图适配：将Three可视化效果包与各个地图引擎拆分出来，再通过一个总调度判定当前的地图引擎类型；
统一数据接入：编辑一个统一的数据处理方法，通过判断用户输入的数据，匹配相应的处理方法，经过处理后的数据会有一个统一的数据格式，同时，若用户在输入数据时指定渲染方式，数据接入会有区分字段进行判定；
可视化效果模板化：对可视化效果集分为十一个大类，每一个大类中都有为不同使用场景设计的效果，通过编写Three场景的效果代码完成可视化效果实现。
2.根据权利要求1所述的基于WebGL的GIS数据可视化方法，其特征在于，所述多地图适配包括对ArcGis，MapBox，Cesium三种地图引擎的适配。
3.根据权利要求1所述的基于WebGL的GIS数据可视化方法，其特征在于，所述统一数据接入中，允许接入的数据有ArcGis服务数据，JSON数据，GeoJSON数据和自定义数据。
4.根据权利要求1所述的基于WebGL的GIS数据可视化方法，其特征在于，所述统一数据接入中，允许用户输入数据包括单值参数，多值参数以及分类参数，根据单值参数，多值参数以及分类参数将数据进行渲染属性划分，渲染属性包括单值渲染，多值渲染和分层渲染。
5.根据权利要求1所述的基于WebGL的GIS数据可视化方法，其特征在于，所述可视化效果实现包括用GPU运算编写着色器，着色器包括顶点处理和像素处理两个部分。
6.一种基于WebGL的GIS数据可视化装置，其特征在于，基于Three.js的多地图适配模块、统一数据接入模块、可视化效果模板化模块，所述基于Three.js的多地图适配模块将Three可视化效果包与各个地图引擎拆分出来，再通过一个总调度判定当前的地图引擎类型；所述统一数据接入模块编辑一个统一的数据处理方法，通过判断用户输入的数据，匹配相应的处理方法，经过处理后的数据会有一个统一的数据格式，同时，若用户在输入数据时指定渲染方式，数据接入会有区分字段进行判定；所述可视化效果模板化模块对可视化效果集分为十一个大类，每一个大类中都有为不同使用场景设计的效果，通过编写Three场景的效果代码完成可视化效果实现。
7.根据权利要求6所述的基于WebGL的GIS数据可视化装置，其特征在于，所述基于Three.js的多地图适配模块中的多地图适配包括对ArcGis，MapBox，Cesium三种地图引擎的适配。
8.根据权利要求6所述的基于WebGL的GIS数据可视化装置，其特征在于，所述统一数据接入模块中，允许接入的数据有ArcGis服务数据，JSON数据，GeoJSON数据和自定义数据。
9.根据权利要求6所述的基于WebGL的GIS数据可视化装置，其特征在于，所述统一数据接入模块中，允许用户输入数据包括单值参数，多值参数以及分类参数，根据单值参数，多值参数以及分类参数将数据进行渲染属性划分，渲染属性包括单值渲染，多值渲染和分层渲染。
10.根据权利要求6所述的基于WebGL的GIS数据可视化装置，其特征在于，所述可视化效果模板化模块中，所述可视化效果实现包括用GPU运算编写着色器，着色器包括顶点处理和像素处理两个部分。
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