CN116662435A - 一种云gis二三维一体可视化系统和二三维一体可视化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种云GIS二三维一体可视化系统和方法，涉及云GIS可视化领域，包括云GIS多终端可视化模块、二三维数据适配模块、双向联动解算模块。云GIS多终端可视化模块涵盖二维和三维可视化技术以及三维渲染性能优化，满足云GIS在PC端、移动端、Web端的二三维运用一致的可视化技术。二三维数据适配模块采用二三维数据模型双向映射和消息监听的方式，实现二三维数据的绑定以及二三维协同编辑数据实时更新。双向联动解算模块确保在不同终端、多种操作模式下二三维操作的双向同步更新，解决二维到三维视野过度问题。本发明可以实现云GIS在多终端二三维可视化方式的统一，解决多终端二三维在协同操作、协同编辑、数据同步的一致性以及二三维一体可视化问题。

Description

一种云GIS二三维一体可视化系统和二三维一体可视化方法

技术领域

本发明涉及云GIS可视化领域，特别是一种云GIS二三维一体可视化系统和利用云GIS二三维一体可视化系统，实现云GIS二三维一体可视化的方法。

背景技术

云GIS可视化显示进程，初始GIS产品因受技术条件限制，只能以栅格瓦片的方式提供二维图纸的可视化服务，随着技术更迭，这种可视化方案只能满足基础二维图形的在线浏览需求，对于编辑、分析等GIS特殊功能不能满足。

随着前端可视化技术的迭代更新，出现通过WebGL的进行矢量化显示的技术引擎，并且随之出现了叠加栅格GIS底图并局部矢量显示的GIS产品，这种可视化方式开始实现Web端矢量化展示，但是前端的显示效率以及GIS成熟度不高，只能部分显示矢量线条；延续WebGL的可视化方式，开始出现基于WebGL的纯三维GIS SDK的方案，并为了与二维栅格数据有所联动，通过服务发布、坐标匹配等方式的二三维可视化方案，这些方案都只是图形显示层面的GIS可视化方案，弱化了GIS的分析能力。

近年来WebAssimbly技术的发展，通过WASM编译PC端的图形显示和分析，能有效提高Web端的运行效率，也就出现了WASM的云GIS二维平台。其通过将传统的GIS PC端的方式编译在网页端运行，并通过Web服务的方式放松数据，真正实现了云GIS功能的可视化，超图、AutoDesk都有这方面的尝试的产品,其技术重点是纯前端的二维编辑显示，不能作为有效数据文件进行大批量的文件积累，偏向于功能应用，弊端是在矿山、建筑、设计、等工程用图和GIS绘图上，其性能、可靠性都无法满足要求。

上述产品二维或三维的显示只考虑了基础图形绘制或三维场景的真实性，在实际GIS用图时，忽略了三维真实场景对二维的辅助认识能力，特别是在工程项目领域，繁杂的多线条对空间结构的解析没有三维的直观。目前云GIS多以提取GIS内核封装服务方式提供算法逻辑支持，在显示方案上分为纯基于WebGL架构系统或基于OpenGL的系统两种方案，难以实现上述云GIS要求的多终端二三维操作一体化、二三维操作协同、二三维编辑协同等目的。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足之处，本申请提供一种云GIS二三维一体可视化系统和利用云GIS二三维一体可视化系统，实现云GIS二三维一体可视化的方法。

本发明提供一种云GIS二三维一体可视化系统，包括：同源数据数据库、二维可视化模块、三维可视化模块、优化三维渲染性能模块、二三维数据双向映射模块、双向数据实时通信模块、双向联动解算模块；

所述同源数据库中存有GIS平台构建二维模型和三维模型所需的空间数据、属性数据、时态数据、数据类型、数据组织方式，以供所述GIS平台构建所述二维模型和所述三维模型；

所述二维可视化模块，用于基于所述二维模型生成可视化组件，以可视化展示所述二维模型对应的二维图形，所述二维可视化模块原生支持数据编辑、视口操作，并在PC端、Web端和移动端调用；

所述三维可视化模块，用于基于所述三维模型生成可视化组件，以可视化展示所述三维模型对应的三维图形，所述三维可视化模块包括：三维可视化场景功能、三维数据结构功能、三维数据组织管理功能、三维操作功能、三维基础功能、三维专业应用功能、三维二次开发功能；

所述优化三维渲染性能模块，用于在所述GIS平台构建所述三维模型的过程中，对构建所述三维模型所需的数据进行优化操作，所述优化操作包括：渲染策略、渲染类型、渲染缓存；

所述数据双向映射模块，用于对构建所述二维模型和所述三维模型所需数据设定唯一标识属性，该唯一标识属性作为两者数据双向映射的桥梁以及二三维一体化的基础，为二三维数据协同编辑提供数据支撑；

所述双向数据实时通信模块，用于二维数据和三维数据之间的实时数据交互，其包括：数据监听功能、消息推送功能，所述二维数据为所述二维图形对应的数据，所述三维数据为所述三维图形对应的数据；

所述双向联动解算模块，用于实现二三维一体化过程中的数据协同编辑、协同操作以及同步显示，其提供同步跟随和同步拼合两种模式；

其中，所述同源数据库、所述二维可视化模块、所述三维可视化模块和所述优化三维渲染性能模块配合工作，实现二三维可视化运用一致的可视化技术，一次编译多终端运行；

所述二三维数据双向映射模块和所述双向数据实时通信模块配合工作，采用二三维数据双向映射的方式，实现二三维数据的映射、绑定，采用数据监听与消息推送的方式，实现二三维数据协同编辑、数据实时更新。

可选地，所述同源数据库中构建三维模型所需数据包括：带有空间z值的空间数据，并且绑定有约束三维数据结构类型的属性数据；

所述三维数据结构类型包括三维场景中需要构建的模型类型，其包括：巷道、煤层、地质层、钻孔、工作面、采空区、积水区、道路、工业广场各自的模型；

所述构建三维模型所需数据以及数据模型不以数据结构形式存放于所述同源数据库中，所述云GIS平台在构建所述三维模型的过程中，根据所述同源数据库中所有数据对应的属性类型进行过滤、筛选，得到构建三维模型所需数据，并基于该所需数据动态生成所述三维模型。

可选地，所述三维可视化场景功能基于Web图形渲染引擎实现三维场景内容的可视化表达，展示所述三维模型对应的三维图形；

所述三维数据结构功能，包含三维实体生成的基本逻辑构成，其通过所述同源数据库中的空间数据以及三维数据结构类型的属性数据，自动构建对应的三维模型；

所述三维数据组织管理功能，包括对三维场景中层次关系、模型依赖关系、模型列表、模型几何数据、模型材质数据的管理；

所述三维操作功能，包括在三维场景中鼠标、键盘的平移操作、旋转操作、缩放操作、定位操作、点选操作、拖选操作、模型修改操作、模型增加操作、模型删除操作；

所述三维基础功能，包括三维量算、三维信息查询、三维场景配置、三维属性配置、三维模型添加、三维点线面编辑功能；

所述三维专业应用功能，包括GIS实际使用过程中对应于实际专业的功能；

所述三维二次开发功能，包括基于三维场景内容对外提供的脚本配置、脚本解析、脚本编辑器以及对应接口。

可选地，所述渲染策略，包括在渲染层采用交互渲染方案，以通过监听消息、数据、状态三种方式促进三维渲染；

所述渲染类型，包括对同构造类型的模型采用实体类渲染，以通过减少渲染调用次数减少渲染性能消耗；

所述渲染缓存，包括对动态生成的三维模型采用缓冲几何体方式构模，以在渲染时提高渲染效率。

可选地，所述数据双向映射模块中双向映射包括：

所述二维数据根据映射关系在所述三维数据中找到唯一标定模型；

所述三维数据根据映射关系在所述二维数据中找到对应实体。

可选地，所述数据监听功能，包括对所述二维数据、所述三维数据进行实时监测，当发生任一数据变更时，获取对应该任一数据的唯一标识，并传输至所述消息推送功能包含的消息更新表中，所述数据变更包括：数据的增、删、改、查、扩充；

所述消息推送功能，具有消息更新表维护功能，当有新的消息进入，会根据唯一标识、操作类型、变更端各自对应的信息查询对应的二维数据、三维数据中的内容，并发送相应的操作消息。

可选地，所述同步跟随模式用于提供同一视角下同一焦点处二三维两种可视化形态；

所述同步拼合模式，用于通过二三维视口操作合并拼合成涵盖二维、三维的视野内容，使得二维视野过度到三维视野，所述视口操作包括：所述二维图形的平移、缩放、定位、旋转以及所述三维图形对应三维场景的旋转、平移、缩放、定位、视野漫游。

本发明还提供一种利用上述云GIS二三维一体可视化系统，实现云GIS二三维一体可视化的方法，所述方法包括：

步骤S1:将所述同源数据库中的所有数据按实际使用需求分类，根据数据类型绑定三维特征属性；

步骤S2：所述云GIS平台解析所述同源数据库中的所有数据，生成对应的二维数据结构和三维数据结构；

步骤S3：所述云GIS平台利用所述优化三维渲染性能模块，对二维数据和三维数据进行渲染，并基于所述二维数据结构和所述三维数据结构构建所述二维模型和所述三维模型；

步骤S4：利用所述二维可视化模块可视化展示所述二维模型对应的二维图形，利用所述三维可视化模块可视化展示所述三维模型对应的三维图形，其中，所述二维图形、所述三维图形在任一终端上均可展示；

步骤S5：在任一终端对所述二维数据或者所述三维数据进行变更后，所述双向数据实时通信模块监听到数据的形态变化，通过所述数据双向映射模块构建的双向映射关系，利用所述消息推送功能将对应的变更信息发送到所述双向联动解算模块，并触发所述双向联动解算模块的更新，以确保二三维在数据编辑时的协同一致性；

步骤S6：所述双向联动解算模块，根据变更后的数据对对应的三维、二维视图范围进行解算，并将解算结果以及被动触发标签发送到对应的窗口，触发三维或者二维视野变换。

可选地，所述云GIS平台解析所述同源数据库中的所有数据，生成对应的二维数据结构和三维数据结构，包括：

所述云GIS平台以C++编译的模块为基础，解析所述同源数据库中的空间数据和属性数据，生成对应的二维数据结构和三维数据结构；

其中，所述二维数据结构包括：点、线、面、网、环、孤岛，且所述二维数据结构附加有对应的属性数据；

所述GIS平台在三维加载时对所述同源数据库中数据按三维数据类型进行属性过滤，并调用三维数据结构模块动态生成对应的三维数据结构，所述三维数据结构对应于所述同源数据库中约定空间数据的三维数据结构类型；

在所述云GIS平台生成对应的二维数据结构、三维数据结构时，根据约束条件关键字，通过所述数据双向映射模块建立二维数据与三维数据的双向映射关系，分别存储于对应的二维图形、三维图形的属性中绑定。

可选地，在任一终端对所述二维数据或者所述三维数据进行变更后，所述双向数据实时通信模块监听到数据的形态变化，通过所述数据双向映射模块构建的双向映射关系，利用所述消息推送功能将对应的变更信息发送到所述双向联动解算模块，包括：

当在任一终端，对所述二维图形或者所述三维图形上任一窗口进行界面操作时，所述双向数据实时通信模块监听到数据的形态变化，启用主动触发判定机制；

当判定为主动触发操作后，所述双向数据实时通信模块将所述变更信息实时传输至所述双向联动解算模块，所述变更信息包括：触发消息、二维和三维场景消息、窗口边界消息、视野范围消息。

本发明提供云GIS二三维一体可视化系统，同源数据库中存有GIS平台构建二维模型和三维模型所需的空间数据、属性数据、时态数据、数据类型、数据组织方式，以供所述GIS平台构建二维模型和所述三维模型。

二维可视化模块基于二维模型生成可视化组件，以可视化展示二维模型对应的二维图形，三维可视化模块基于三维模型生成可视化组件，以可视化展示三维模型对应的三维图形。

优化三维渲染性能模块在GIS平台构建三维模型的过程中，对构建三维模型所需的数据进行优化操作；数据双向映射模块对构建二维模型和三维模型所需数据设定唯一标识属性，该唯一标识属性作为两者数据双向映射的桥梁以及二三维一体化的基础，为二三维数据协同编辑提供数据支撑。

双向数据实时通信模块，用于二维数据和三维数据之间的实时数据交互；双向联动解算模块实现二三维一体化过程中的数据协同编辑、协同操作以及同步显示，其提供同步跟随和同步拼合两种模式。

其中，同源数据库、二维可视化模块、三维可视化模块和优化三维渲染性能模块配合工作，实现二三维可视化运用一致的可视化技术，一次编译多终端运行；二三维数据双向映射模块和双向数据实时通信模块配合工作，采用二三维数据双向映射的方式，实现二三维数据的映射、绑定，采用数据监听与消息推送的方式，实现二三维数据协同编辑、数据实时更新。

本发明所提云GIS二三维一体可视化系统，可以实现云GIS在多终端二三维可视化技术与方式的统一，解决多终端二三维在协同操作、协同编辑、数据同步的一致性以及二三维一体可视化性能方面的问题。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是为本发明实施例中云GIS二三维一体可视化系统的二、三维一体化过程示意图；

图2是本发明实施例中多终端二、三维一体可视化渲染流程图；

图3是本发明实施例中双向联动解算模块实现二三维一体化过程中的数据协同编辑、协同操作以及同步显示的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，并不用于限定本发明。

发明人发现，目前市面上的产品，二维或三维的显示只考虑了三维场景的真实性，在实际GIS用图时，忽略了三维真实场景对二维的辅助认识能力，特别是在工程项目领域，繁杂的多线条对空间结构的解析没有三维的直观。目前云GIS多以提取GIS内核封装服务方式提供算法逻辑支持，在显示方案上分为纯基于WebGL架构系统或基于OpenGL的系统两种方案，难以实现上述云GIS要求的多终端二三维操作一体化、二三维操作协同、二三维编辑协同等目的。

发明人进一步研究发现，云GIS的可视化需求需要满足以下几个条件：

1)、二维、三维的同源数据展示；

2)、对二维具有象征意义的点、线、面要素能够具象化为实际意义巷道、区域、模型、煤层等实体；

3)、二三维操作的一体化、二三维展示交叉以及二三维GIS数据编辑协同。

为了达到上述条件，创造性的提出本发明的一种云GIS二三维一体可视化系统，该系统包括：同源数据数据库、二维可视化模块、三维可视化模块、优化三维渲染性能模块、二三维数据双向映射模块、双向数据实时通信模块、双向联动解算模块。

同源数据库中存有GIS平台构建二维模型和三维模型所需的空间数据、属性数据、时态数据、数据类型、数据组织方式，以供GIS平台构建二维模型和三维模型。当然，可以理解的是，同源数据库中也会存储有其它数据，这些数据并不是构建二维模型或者三维模型所需的数据，一般可以通过数据的属性来区分这些数据的类型。

二维可视化模块，用于基于二维模型生成可视化组件，通过这种方式可视化展示二维模型对应的二维图形，二维可视化模块具有的功能上，原生支持数据编辑、视口操作，并在PC端、Web端和移动端等等多类型终端调用。例如：二维可视化模块以C++语言和OpenGL编译生成可视化组件，原生支持数据编辑、视口操作，可在PC端直接调用，在移动端和Web端通过编译成WebAssembly模块加载引入到JavaScript环境。

三维可视化模块，用于基于三维模型生成可视化组件，通过这种方式可视化展示三维模型对应的三维图形，三维可视化模块具有的功能包括：三维可视化场景功能、三维数据结构功能、三维数据组织管理功能、三维操作功能、三维基础功能、三维专业应用功能、三维二次开发功能。例如：三维可视化模块基于WebGL+JavaScript所封装的THREE.JS库实现三维模型。

优化三维渲染性能模块，用于在GIS平台构建三维模型的过程中，对构建三维模型所需的数据进行优化操作，优化操作包括：渲染策略、渲染类型、渲染缓存。

数据双向映射模块，用于对构建二维模型和三维模型所需数据设定唯一标识属性，该唯一标识属性作为两者数据双向映射的桥梁以及二三维一体化的基础，为二三维数据协同编辑提供数据支撑。采用二维数据、三维数据双向映射的方式，实现二、三维数据的绑定。唯一标识属性定义为全图唯一的标识性关键字，可以包括组合型关键字，例如：“图层名+实体id”、生成型关键字，例如：guid等。

双向数据实时通信模块，用于二维数据和三维数据之间的实时数据交互，其包括：数据监听功能、消息推送功能，二维数据为二维图形对应的数据，即支撑二维图形的数据；三维数据为三维图形对应的数据，即支撑三维图形的数据。采用数据监听与消息推送的方式，解决二、三维数据协同编辑、实时更新问题。

双向联动解算模块，用于实现二三维一体化过程中的数据协同编辑、协同操作以及同步显示，其提供同步跟随和同步拼合两种模式。其中，同源数据库、二维可视化模块、三维可视化模块和优化三维渲染性能模块彼此之间配合工作，实现二三维可视化运用一致的可视化技术，一次编译多终端运行。

二三维数据双向映射模块和双向数据实时通信模块彼此之间配合工作，采用二三维数据双向映射的方式，实现二三维数据的映射、绑定，采用数据监听与消息推送的方式，实现二三维数据协同编辑、数据实时更新。

同源数据库中构建三维模型所需数据包括：带有空间z值的空间数据，并且绑定有约束三维数据结构类型的属性数据；三维数据结构类型包括三维场景中需要构建的模型类型，其包括：巷道、煤层、地质层、钻孔、工作面、采空区、积水区、道路、工业广场各自的模型。

构建三维模型所需数据以及数据模型不以数据结构形式存放于同源数据库中，云GIS平台在构建三维模型的过程中，根据同源数据库中所有数据对应的属性类型进行过滤、筛选，得到构建三维模型所需数据，并基于该所需数据动态生成三维模型。

在一种可能的实施例中，三维模型具有的各个功能具体有：

三维可视化场景功能基于Web图形渲染引擎实现三维场景内容的可视化表达，展示三维模型对应的三维图形。

三维数据结构功能，包含三维实体生成的基本逻辑构成，其通过同源数据库中的空间数据以及三维数据结构类型的属性数据，自动构建对应的三维模型。

三维数据组织管理功能，包括对三维场景中层次关系、模型依赖关系、模型列表、模型几何数据、模型材质数据的管理。

三维操作功能，包括在三维场景中鼠标、键盘的平移操作、旋转操作、缩放操作、定位操作、点选操作、拖选操作、模型修改操作、模型增加操作、模型删除操作。

三维基础功能，包括三维量算、三维信息查询、三维场景配置、三维属性配置、三维模型添加、三维点线面编辑功能。

三维专业应用功能，包括GIS实际使用过程中对应于实际专业的功能。

三维二次开发功能，包括基于三维场景内容对外提供的脚本配置、脚本解析、脚本编辑器以及对应接口。

优化三维渲染性能模块的优化操作中：

渲染策略，包括在渲染层采用交互渲染方案，以通过监听消息、数据、状态三种方式促进三维渲染。

渲染类型，包括对同构造类型的模型采用实体类渲染，以达到通过减少渲染调用次数减少渲染性能消耗的目标。

渲染缓存，包括对动态生成的三维模型采用缓冲几何体方式构模，以达到在渲染时提高渲染效率的目标。

数据双向映射模块中双向映射包括：二维数据根据映射关系在三维数据中找到唯一标定模型，以及三维数据根据映射关系在二维数据中找到对应实体。在数据上，二维数据中的点、线、面、网图形数据以及其对应生成的三维场景中的巷道、煤层、岩层、街道、区域、建筑等实体性模型数据。

双向数据实时通信模块的数据监听功能，可以对数据操作的指令性消息、编辑性消息、状态性消息进行监听。对二维数据、三维数据进行实时监测，当发生任一数据变更时，获取对应该任一数据的唯一标识，并传输至消息推送功能包含的消息更新表中，数据变更包括：数据的增、删、改、查、扩充。

双向数据实时通信模块的消息推送功能，具有消息更新表维护功能，当有新的消息进入，会根据唯一标识、操作类型、变更端各自对应的信息查询对应的二维数据、三维数据中的内容，并发送相应的操作消息。较优的方式为：通过WebSocket协议、POST、GET请求、接口调用等消息手段发送数据变更的信息。

双向联动解算模块中的同步跟随模式，用于提供同一视角下同一焦点处二三维两种可视化形态；

双向联动解算模块中的同步拼合模式，用于通过二三维视口操作合并拼合成涵盖二维、三维的视野内容，使得二维视野过度到三维视野，所述视口操作包括：所述二维图形的平移、缩放、定位、旋转以及三维图形对应三维场景的旋转、平移、缩放、定位、视野漫游。

上述云GIS二三维一体可视化系统的二、三维一体化过程可以参照图1所示的一体化过程示意图、图2所示的多终端二、三维一体可视化渲染流程图，得到更好的理解。

(1)GIS数据库(即同源数据库)中存有基础GIS数据包，包括勘测所得具有真实地理坐标得空间数据、属性数据以及时态数据，各类数据在GIS数据库中的数据组织形式以实际的使用需求分类，存储类型包括并不限于中心线、三角网、钻孔点、边界线等；空间数据包含点、线、网的x、y、z值，并根据其数据类型绑定需要建模的数据类型，包括并不限于巷道、煤层、地质层、钻孔、工作面、采空区、积水区、道路、工业广场，以及对应类型的相关属性，GIS数据库中不存储对应三维数据结构，而是与三维特征属性绑定。

(2)云GIS平台提供数据加载及解析能力。云GIS平台可以是以C++编译的模块为基础，解析GIS数据库中的空间数据和属性数据，生成对应的二维数据结构和三维数据结构。二维数据结构包括点、线、面、网、环、孤岛等，并对这些数据附加对应的属性数据。图2中示例性的示出二维模型下有线图层、网图层、多线段、点图层。GIS平台在三维加载时对GIS数据库中各个数据按三维数据类型进行属性过滤，也可以称为三维构造数据过滤，动态生成对应的三维数据结构，三维数据结构对应于GIS数据库中约定空间数据的三维数据结构类型。三维动态建模在这个基础上才可以进行。图2中示例性的示出三维模型下有巷道、边界区域、煤层、钻孔模型。这些可以认为是由云GIS处理数据结构实现的。需要说明的是的，图2中为了图示的简洁，示例性的示出二维模型、三维模型下具有的图层和场景，并不表示仅能有这些图层和场景。

(3)云GIS平台对应于二维模型和三维模型采用不同的渲染方式。一种较优的方式：二维模型在PC端可以直接调用c++编译glsl底层库进行图形化展示，在Web端和移动端，基于代码复用和执行高效的目的，将底层c++编译为WebAssebly模块，以类汇编语言的方式同JavaScript一起作用于前端，在不损耗性能的同时实现Web端和移动端的图形显示和编辑。二维模型构建成功后，可以在多个终端上展示对应的二维图形。

而三维可视化场景功能基于Web图形渲染引擎实现三维场景内容的可视化表达，展示三维模型对应的三维图形。一种较优的方式为：三维模型在PC、Web、移动端以基于WebGL+JavaScript的THREE.JS库为基础，实现三维可视化。

(4)在云GIS平台构建二维、三维数据结构时，根据约束条件关键字，例如数据设定唯一标识属性，建立二维数据与三维数据的双向映射关系，分别存储于对应的二维图形、三维图形的属性中并绑定。

(5)在任一终端中，对解析好的二维数据或者三维数据可同步显示。例如：底层glsl底层库对二维数据进行渲染；WebGL对三维模型进行显示等。双向数据映射实现以二维视图中心为基准视野点，同步计算三维场景内容中心的目标，以及以地图视图中心与三维场景内容中心为匹配依据，确保渲染视野范围为统一区域，实现同步显示。

在任一终端，对二维或三维进行数据编辑时，包括增、删、改、拓展、形变等，可以监听到数据的形态变化，通过构建的双向映射关系，实时通信可以快速将对应的变更信息发送到绑定的实体、模型，并触发更新，以确保二、三维在编辑时的协同一致性，最终基于协同编辑、协同操作以及同步显示来实现二三维一体化。

双向联动解算模块实现二三维一体化过程中的数据协同编辑、协同操作以及同步显示的流程参照图3所示。当在任一终端显示的二维窗口或者三维窗口上进行界面操作(界面操作包括平移、缩放、旋转、定位等)时，双向数据实时通信模块会监听到对应的数据发生变更，即触发消息变动。

双向数据实时通信模块根据触发界面启用主动触发判定机制，当判定为不是主动触发时，直接结束流程。当判定是主动触发后，会将触发消息、二维和三维场景消息、窗口边界消息、视野范围消息利用消息推送功能实时传输至双向联动解算模块。

双向联动解算模块根据二维、三维的不同，有流程：

若是对二维视图操作的主动触发，则处理二维视野变更范围，同步跟随模式进行同步视野范围解算，同步拼合模式计算未显示区域平面视野范围，根据三维场景视野的要求，进行三维场景视野反算，再将反算结果以及被动触发标签发送到对应的窗口，触发视野变换，使得二维视野过度到三维视野，最终的终端上显示对应的三维场景。

若是对三维场景操作的主动触发，则将空间视野转平面视野，同步跟随模式进行同步平面视野解算，同步拼合模式计算未显示区域平面视野范围，根据二维场景视野的要求，反算窗口内二维视野，再将反算结果以及被动触发标签发送到对应的窗口，触发视野变换，使得三维视野过度到二维视野，最终的终端上显示对应的二维视图。

基于上述云GIS二三维一体可视化系统，本发明实施例还提出一种利用上述云GIS二三维一体可视化系统，实现云GIS二三维一体可视化的方法，该云GIS二三维一体可视化方法包括以下步骤：

步骤S1:将同源数据库中的所有数据按实际使用需求分类，根据数据类型绑定三维特征属性；

步骤S2：云GIS平台解析同源数据库中的所有数据，生成对应的二维数据结构和三维数据结构；

步骤S3：云GIS平台利用优化三维渲染性能模块，对二维数据和三维数据进行渲染，并基于二维数据结构和三维数据结构构建二维模型和三维模型；

步骤S4：利用二维可视化模块可视化展示二维模型对应的二维图形，利用三维可视化模块可视化展示三维模型对应的三维图形，其中，二维图形、三维图形在任一终端上均可展示；

步骤S5：在任一终端对二维数据或者三维数据进行变更后，双向数据实时通信模块监听到数据的形态变化，通过数据双向映射模块构建的双向映射关系，利用消息推送功能将对应的变更信息发送到双向联动解算模块，并触发双向联动解算模块的更新，以确保二三维在数据编辑时的协同一致性；

步骤S6：双向联动解算模块，根据变更后的数据对对应的三维、二维视图范围进行解算，并将解算结果以及被动触发标签发送到对应的窗口，触发三维或者二维视野变换。

可选地，所述云GIS平台解析所述同源数据库中的所有数据，生成对应的二维数据结构和三维数据结构，包括：

所述云GIS平台以C++编译的模块为基础，解析所述同源数据库中的空间数据和属性数据，生成对应的二维数据结构和三维数据结构；其中，所述二维数据结构包括：点、线、面、网、环、孤岛，且所述二维数据结构附加有对应的属性数据；所述GIS平台在三维加载时对所述同源数据库中数据按三维数据类型进行属性过滤，并调用三维数据结构模块动态生成对应的三维数据结构，所述三维数据结构对应于所述同源数据库中约定空间数据的三维数据结构类型；

在所述云GIS平台生成对应的二维数据结构、三维数据结构时，根据约束条件关键字，通过所述数据双向映射模块建立二维数据与三维数据的双向映射关系，分别存储于对应的二维图形、三维图形的属性中绑定。

可选地，在任一终端对所述二维数据或者所述三维数据进行变更后，所述双向数据实时通信模块监听到数据的形态变化，通过所述数据双向映射模块构建的双向映射关系，利用所述消息推送功能将对应的变更信息发送到所述双向联动解算模块，包括：

当在任一终端，对所述二维图形或者所述三维图形上任一窗口进行界面操作时，所述双向数据实时通信模块监听到数据的形态变化，启用主动触发判定机制；

当判定为主动触发操作后，所述双向数据实时通信模块将所述变更信息实时传输至所述双向联动解算模块，所述变更信息包括：触发消息、二维和三维场景消息、窗口边界消息、视野范围消息。

云GIS二三维一体可视化方法的具体内容，在前述云GIS二三维一体可视化系统中已经解释和说明过，不再赘述。

综上所述，本发明所提云GIS二三维一体可视化系统，可以实现云GIS在多终端二三维可视化技术与方式的统一，解决多终端二三维在协同操作、协同编辑、数据同步的一致性以及二三维一体可视化性能方面的问题。

还需要说明的是，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过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，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过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种云GIS二三维一体可视化系统，其特征在于，包括：同源数据数据库、二维可视化模块、三维可视化模块、优化三维渲染性能模块、二三维数据双向映射模块、双向数据实时通信模块、双向联动解算模块；

所述同源数据库中存有GIS平台构建二维模型和三维模型所需的空间数据、属性数据、时态数据、数据类型、数据组织方式，以供所述GIS平台构建所述二维模型和所述三维模型；

所述二维可视化模块，用于基于所述二维模型生成可视化组件，以可视化展示所述二维模型对应的二维图形，所述二维可视化模块原生支持数据编辑、视口操作，并在PC端、Web端和移动端调用；

所述三维可视化模块，用于基于所述三维模型生成可视化组件，以可视化展示所述三维模型对应的三维图形，所述三维可视化模块包括：三维可视化场景功能、三维数据结构功能、三维数据组织管理功能、三维操作功能、三维基础功能、三维专业应用功能、三维二次开发功能；

所述优化三维渲染性能模块，用于在所述GIS平台构建所述三维模型的过程中，对构建所述三维模型所需的数据进行优化操作，所述优化操作包括：渲染策略、渲染类型、渲染缓存；

所述数据双向映射模块，用于对构建所述二维模型和所述三维模型所需数据设定唯一标识属性，该唯一标识属性作为两者数据双向映射的桥梁以及二三维一体化的基础，为二三维数据协同编辑提供数据支撑；

所述双向数据实时通信模块，用于二维数据和三维数据之间的实时数据交互，其包括：数据监听功能、消息推送功能，所述二维数据为所述二维图形对应的数据，所述三维数据为所述三维图形对应的数据；

所述双向联动解算模块，用于实现二三维一体化过程中的数据协同编辑、协同操作以及同步显示，其提供同步跟随和同步拼合两种模式；

其中，所述同源数据库、所述二维可视化模块、所述三维可视化模块和所述优化三维渲染性能模块配合工作，实现二三维可视化运用一致的可视化技术，一次编译多终端运行；

所述二三维数据双向映射模块和所述双向数据实时通信模块配合工作，采用二三维数据双向映射的方式，实现二三维数据的映射、绑定，采用数据监听与消息推送的方式，实现二三维数据协同编辑、数据实时更新。

2.根据权利要求1所述的云GIS二三维一体可视化系统，其特征在于，所述同源数据库中构建三维模型所需数据包括：带有空间z值的空间数据，并且绑定有约束三维数据结构类型的属性数据；

所述三维数据结构类型包括三维场景中需要构建的模型类型，其包括：巷道、煤层、地质层、钻孔、工作面、采空区、积水区、道路、工业广场各自的模型；

所述构建三维模型所需数据以及数据模型不以数据结构形式存放于所述同源数据库中，所述云GIS平台在构建所述三维模型的过程中，根据所述同源数据库中所有数据对应的属性类型进行过滤、筛选，得到构建三维模型所需数据，并基于该所需数据动态生成所述三维模型。

3.根据权利要求1所述的云GIS二三维一体可视化系统，其特征在于，所述三维可视化场景功能基于Web图形渲染引擎实现三维场景内容的可视化表达，展示所述三维模型对应的三维图形；

所述三维数据结构功能，包含三维实体生成的基本逻辑构成，其通过所述同源数据库中的空间数据以及三维数据结构类型的属性数据，自动构建对应的三维模型；

所述三维数据组织管理功能，包括对三维场景中层次关系、模型依赖关系、模型列表、模型几何数据、模型材质数据的管理；

所述三维操作功能，包括在三维场景中鼠标、键盘的平移操作、旋转操作、缩放操作、定位操作、点选操作、拖选操作、模型修改操作、模型增加操作、模型删除操作；

所述三维基础功能，包括三维量算、三维信息查询、三维场景配置、三维属性配置、三维模型添加、三维点线面编辑功能；

所述三维专业应用功能，包括GIS实际使用过程中对应于实际专业的功能；

所述三维二次开发功能，包括基于三维场景内容对外提供的脚本配置、脚本解析、脚本编辑器以及对应接口。

4.根据权利要求1所述的云GIS二三维一体可视化系统，其特征在于，所述渲染策略，包括在渲染层采用交互渲染方案，以通过监听消息、数据、状态三种方式促进三维渲染；

所述渲染类型，包括对同构造类型的模型采用实体类渲染，以通过减少渲染调用次数减少渲染性能消耗；

所述渲染缓存，包括对动态生成的三维模型采用缓冲几何体方式构模，以在渲染时提高渲染效率。

5.根据权利要求1所述的云GIS二三维一体可视化系统，其特征在于，所述数据双向映射模块中双向映射包括：

所述二维数据根据映射关系在所述三维数据中找到唯一标定模型；

所述三维数据根据映射关系在所述二维数据中找到对应实体。

6.根据权利要求1所述的云GIS二三维一体可视化系统，其特征在于，所述数据监听功能，包括对所述二维数据、所述三维数据进行实时监测，当发生任一数据变更时，获取对应该任一数据的唯一标识，并传输至所述消息推送功能包含的消息更新表中，所述数据变更包括：数据的增、删、改、查、扩充；

所述消息推送功能，具有消息更新表维护功能，当有新的消息进入，会根据唯一标识、操作类型、变更端各自对应的信息查询对应的二维数据、三维数据中的内容，并发送相应的操作消息。

7.根据权利要求1所述的云GIS二三维一体可视化系统，其特征在于，所述同步跟随模式用于提供同一视角下同一焦点处二三维两种可视化形态；

所述同步拼合模式，用于通过二三维视口操作合并拼合成涵盖二维、三维的视野内容，使得二维视野过度到三维视野，所述视口操作包括：所述二维图形的平移、缩放、定位、旋转以及所述三维图形对应三维场景的旋转、平移、缩放、定位、视野漫游。

8.一种利用权利要求1-7任一所述的云GIS二三维一体可视化系统，实现云GIS二三维一体可视化的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1:将所述同源数据库中的所有数据按实际使用需求分类，根据数据类型绑定三维特征属性；

步骤S2：所述云GIS平台解析所述同源数据库中的所有数据，生成对应的二维数据结构和三维数据结构；

步骤S3：所述云GIS平台利用所述优化三维渲染性能模块，对二维数据和三维数据进行渲染，并基于所述二维数据结构和所述三维数据结构构建所述二维模型和所述三维模型；

步骤S4：利用所述二维可视化模块可视化展示所述二维模型对应的二维图形，利用所述三维可视化模块可视化展示所述三维模型对应的三维图形，其中，所述二维图形、所述三维图形在任一终端上均可展示；

步骤S5：在任一终端对所述二维数据或者所述三维数据进行变更后，所述双向数据实时通信模块监听到数据的形态变化，通过所述数据双向映射模块构建的双向映射关系，利用所述消息推送功能将对应的变更信息发送到所述双向联动解算模块，并触发所述双向联动解算模块的更新，以确保二三维在数据编辑时的协同一致性；

步骤S6：所述双向联动解算模块，根据变更后的数据对对应的三维、二维视图范围进行解算，并将解算结果以及被动触发标签发送到对应的窗口，触发三维或者二维视野变换。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述云GIS平台解析所述同源数据库中的所有数据，生成对应的二维数据结构和三维数据结构，包括：

所述云GIS平台以C++编译的模块为基础，解析所述同源数据库中的空间数据和属性数据，生成对应的二维数据结构和三维数据结构；

其中，所述二维数据结构包括：点、线、面、网、环、孤岛，且所述二维数据结构附加有对应的属性数据；

所述GIS平台在三维加载时对所述同源数据库中数据按三维数据类型进行属性过滤，并调用三维数据结构模块动态生成对应的三维数据结构，所述三维数据结构对应于所述同源数据库中约定空间数据的三维数据结构类型；

在所述云GIS平台生成对应的二维数据结构、三维数据结构时，根据约束条件关键字，通过所述数据双向映射模块建立二维数据与三维数据的双向映射关系，分别存储于对应的二维图形、三维图形的属性中绑定。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在任一终端对所述二维数据或者所述三维数据进行变更后，所述双向数据实时通信模块监听到数据的形态变化，通过所述数据双向映射模块构建的双向映射关系，利用所述消息推送功能将对应的变更信息发送到所述双向联动解算模块，包括：

当在任一终端，对所述二维图形或者所述三维图形上任一窗口进行界面操作时，所述双向数据实时通信模块监听到数据的形态变化，启用主动触发判定机制；

当判定为主动触发操作后，所述双向数据实时通信模块将所述变更信息实时传输至所述双向联动解算模块，所述变更信息包括：触发消息、二维和三维场景消息、窗口边界消息、视野范围消息。