CN117333631B - 基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染方法及装置，包括：获取待渲染的地形数据；通过Geoserver服务，将所述地形数据发布为初始灰度图层和初始地形配色图层；通过Threejs引擎，创建待渲染的经纬度范围对应的平面网格，并根据所述平面网格、所述初始灰度图层和和初始地形配色图层，渲染所述经纬度范围对应的三维地形效果。本发明具有操作简单、渲染速度较高、扩展性较强等特点。

Description

基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染方法及装置

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其是涉及一种基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染方法及装置。

背景技术

目前，Web端的三维地形渲染主流技术方案展示采用CesiumJS实现，CesiumJS是一个开源的JavaScript库，用于在web浏览器中创建3D地球仪和2D地图，也可展示局部区域的三维地形。但是，通过CesiumJS实现的三维地形最大的缺点是自主拓展性不佳。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染方法及装置，具有操作简单、渲染速度较高、扩展性较强等特点。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染方法，包括：

获取待渲染的地形数据；

通过Geoserver服务，将所述地形数据发布为初始灰度图层和初始地形配色图层；

通过Threejs引擎，创建待渲染的经纬度范围对应的平面网格，并根据所述平面网格、所述初始灰度图层和初始地形配色图层，渲染所述经纬度范围对应的三维地形效果。

在一种实施方式中，通过Geoserver服务，将所述地形数据发布为初始灰度图层和初始地形配色图层的步骤，包括：

通过Geoserver服务，编辑所述地形数据的样式层描述符，以得到初始灰度图层和初始地形配色图层；其中，所述初始地形配色图层中每个像素点的颜色值随地形高度值的变化呈渐变效果。

在一种实施方式中，通过Threejs引擎，创建待渲染的经纬度范围对应的平面网格的步骤，包括：

通过Threejs引擎，基于待渲染的经纬度范围，分别创建平面缓冲几合体和深度网格材质，并利用所述平面缓冲几合体和所述深度网格材质，创建所述经纬度范围对应的平面网格；其中，所述深度网格材质支持位移贴图。

在一种实施方式中，根据所述平面网格、所述初始灰度图层和初始地形配色图层，渲染所述经纬度范围对应的三维地形效果的步骤，包括：

通过所述Geoserver服务的图层插件，从所述初始灰度图层中提取所述经纬度范围对应的目标灰度图层，以及从所述初始地形配色图层中提取所述经纬度范围对应的目标地形配色图层；

利用所述目标灰度图层和所述目标地形配色图层，对所述平面网格进行贴图置换，得到置换后平面网格；

通过所述Threejs引擎，对所述置换后平面网格进行渲染，得到所述经纬度范围对应的三维地形效果。

在一种实施方式中，利用所述目标灰度图层和所述目标地形配色图层，对所述平面网格进行贴图置换的步骤，包括：

将所述目标灰度图层作为所述平面网格的位移贴图，以及将所述目标地形配色图层作为所述平面网格的颜色贴图。

在一种实施方式中，所述方法还包括：

确定待添加的目标元素，并将所述目标元素添加至所述三维地形效果中。

第二方面，本发明实施例还提供一种基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染装置，包括：

数据获取模块，用于获取待渲染的地形数据；

图层发布模块，用于通过Geoserver服务，将所述地形数据发布为初始灰度图层和初始地形配色图层；

三维渲染模块，用于通过Threejs引擎，创建待渲染的经纬度范围对应的平面网格，并根据所述平面网格、所述初始灰度图层和初始地形配色图层，渲染所述经纬度范围对应的三维地形效果。

在一种实施方式中，图层发布模块还用于：

通过Geoserver服务，编辑所述地形数据的样式层描述符，以得到初始灰度图层和初始地形配色图层；其中，所述初始地形配色图层中每个像素点的颜色值随地形高度值的变化呈渐变效果。

第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现第一方面提供的任一项所述的方法。

第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现第一方面提供的任一项所述的方法。

本发明实施例提供的基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染方法及装置，首先获取待渲染的地形数据；然后通过Geoserver服务，将地形数据发布为初始灰度图层和初始地形配色图层；最后通过Threejs引擎，创建待渲染的经纬度范围对应的平面网格，并根据平面网格、初始灰度图层和初始地形配色图层，渲染经纬度范围对应的三维地形效果。上述方法利用Geoserver服务提取出初始灰度图层和初始地形配色图层，再利用Threejs引擎实现三维地形效果的渲染，本发明实施例结合Geoserver服务和Threejs引擎，具有操作简单、渲染速度较高、扩展性较强等特点。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种添加有水面元素的三维地形效果示意图；

图4为本发明实施例提供的一种添加有坐标轴的三维地形效果示意图；

图5为本发明实施例提供的一种基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做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。

目前，通过CesiumJS实现的三维地形最大的缺点是自主拓展性不佳，基于此，本发明实施提供了一种基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染方法及装置，具有操作简单、渲染速度较高、扩展性较强等特点。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染方法进行详细介绍，参见图1所示的一种基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染方法的流程示意图，该方法主要包括以下步骤S102至步骤S106：

步骤S102，获取待渲染的地形数据。

其中，地形数据可以采用gebco全球地形数据。

步骤S104，通过Geoserver服务，将地形数据发布为初始灰度图层和初始地形配色图层。

其中，初始灰度图层用于描述地形数据中各个像素点处的灰度值，初始地形配色图层用于描述地形数据中各个像素点处的颜色值。在一种实施方式中，可以通过编辑geoserver服务的样式文件，将地形数据分别发布为初始灰度图层以及初始地形配色图层。

步骤S106，通过Threejs引擎，创建待渲染的经纬度范围对应的平面网格，并根据平面网格、初始灰度图层和初始地形配色图层，渲染经纬度范围对应的三维地形效果。

在一种实施方式中，可以采用Threejs引擎构建三维场景，确定好要渲染区域的经纬度范围，创建平面网格（也可称之为平面Mesh或场景物体Mesh）用于生成地形；然后通过经纬度范围从geoserver服务的图层插件获取对应的目标灰度图层和目标地形配色图层；最后将目标灰度图层作为平面网格材质的位移贴图，将目标地形配色图层作为平面网格材质的颜色贴图，通过Threejs引擎进行贴图置换即可渲染出三维地形效果。

本发明实施例提供的基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染方法，利用Geoserver服务提取出初始灰度图层和初始地形配色图层，再利用Threejs引擎实现三维地形效果的渲染，本发明实施例结合Geoserver服务和Threejs引擎，具有操作简单、渲染速度较高、扩展性较强等特点。

为便于理解，本发明实施例提供了一种基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染方法的具体实施方式，参见图2所示的另一种基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染方法的流程示意图，主要包括：Geoserver导图地形数据文件、编辑样式层描述符发布图层、初始化Threejs场景、创建平面网格、获取渲染区域贴图、贴图置换实现三维地形渲染。其中，样式层描述符sld样式，渲染区域贴图包括目标灰度图层和目标地形配色图层。

进一步的，本发明实施例提供了一种通过Geoserver服务，将地形数据发布为初始灰度图层和初始地形配色图层的实施方式，可以编辑地形数据的样式层描述符，以得到初始灰度图层和初始地形配色图层。其中，初始灰度图层采用Geoserver服务的默认sld样式，初始地形配色图层采用自定义配色，初始地形配色图层中每个像素点的颜色值随地形高度值的变化呈渐变效果。

在实际应用中，可以采用gebco开源地形netcdf格式数据，将数据导入Geoserver服务后，通过编辑不同的sld样式将数据发布成两个图层，也即初始灰度图层和初始地形配色图层，通过sld样式中的colormap插件实现颜色随地形高度值渐变着色。

在一例中，上述步骤S106也即在网页渲染三维地形效果的步骤。

进一步的，本发明实施例提供了一种创建待渲染的经纬度范围对应的平面网格的实施方式，可以基于待渲染的经纬度范围，分别创建平面缓冲几合体和深度网格材质，并利用平面缓冲几合体和深度网格材质，创建经纬度范围对应的平面网格。其中，深度网格材质支持位移贴图。

在实际应用中，采用Threejs引擎，初始化场景之后，新建平面缓冲几合体，根据经纬度范围的最大值、最小值，计算出平面缓冲几合体的长宽以及分段数。以长度为例：长度=（最大经度-最大纬度）固定系数。然后，通过Threejs原生Api：newTHREE.MeshDepthMaterial()，创建深度网格材质，该材质支持位移贴图。最后，通过平面缓冲几合体和深度网格材质创建出平面网格并添加到场景之中，例如：const Mesh=newTHREE.Mesh( geometry, material )；其中，geometry为平面缓冲几合体，material为深度网格材质。

进一步的，本发明实施例提供了一种根据平面网格、初始灰度图层和初始地形配色图层，渲染经纬度范围对应的三维地形效果的实施方式，参见如下步骤1至步骤3：

步骤1，通过Geoserver服务的图层插件，从初始灰度图层中提取经纬度范围对应的目标灰度图层，以及从初始地形配色图层中提取经纬度范围对应的目标地形配色图层。

在实际应用中，可以通过Geoserver服务的wms图层插件获取对于经纬度范围的目标灰度图层以及目标地形配色图层。例如：geroserver/netcdf/wms?bbox=最小经度,最小纬度,最大经度,最大纬度。

步骤2，利用目标灰度图层和目标地形配色图层，对平面网格进行贴图置换，得到置换后平面网格。

具体的，可以将目标灰度图层作为平面网格的位移贴图，以及将目标地形配色图层作为平面网格的颜色贴图。

在实际应用中，将目标灰度图层设置为网格材质的位移贴图displacementMap，将目标地形配色图层设置为网格材质的颜色贴图map。

步骤3，通过Threejs引擎，对置换后平面网格进行渲染，得到经纬度范围对应的三维地形效果。

在具体实现时，当Threejs中服务的网格材质贴图变化时，其关联的平面网格也会产生变化，由于设置了位移贴图，会影响平面网格顶点的位置，网格的所有顶点被映射为目标灰度图层中每个像素的值（白色是最高），并且被重定位，从而渲染出高低起伏的三维地形效果。

进一步的，还可以确定待添加的目标元素，并将目标元素添加至三维地形效果中。其中。目标元素可以为水面、植被等元素，诸如图3所示的一种添加有水面元素的三维地形效果示意图。

进一步的，还可以对三维地形效果添加灯光控制和/或相机控制等。

进一步的，还可以对三维地形效果添加坐标轴等，诸如图4所示的一种添加有坐标轴的三维地形效果示意图。

综上所述，与CesiumJS服务的地图框架限制不同，Threejs引擎的功能更加强大，通过它实现的三维地形可以更好的对其进行拓展，包括灯光\相机的控制、将需要的各种元素添加到地形中等；另外，本发明实施例提供的基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染还具备渲染步骤简单、渲染速度优秀等特点。

在前述实施例的基础上，本发明实施例提供了一种基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染装置，参见图5所示的一种基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染装置的结构示意图，该装置主要包括以下部分：

数据获取模块502，用于获取待渲染的地形数据；

图层发布模块504，用于通过Geoserver服务，将地形数据发布为初始灰度图层和初始地形配色图层；

三维渲染模块506，用于通过Threejs引擎，创建待渲染的经纬度范围对应的平面网格，并根据平面网格、初始灰度图层和初始地形配色图层，渲染经纬度范围对应的三维地形效果。

本发明实施例提供的基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染装置，利用Geoserver服务提取出初始灰度图层和初始地形配色图层，再利用Threejs引擎实现三维地形效果的渲染，本发明实施例结合Geoserver服务和Threejs引擎，具有操作简单、渲染速度较高、扩展性较强等特点。

在一种实施方式中，图层发布模块504还用于：

通过Geoserver服务，编辑地形数据的样式层描述符，以得到初始灰度图层和初始地形配色图层；其中，初始地形配色图层中每个像素点的颜色值随地形高度值的变化呈渐变效果。

在一种实施方式中，三维渲染模块506还用于：

通过Threejs引擎，基于待渲染的经纬度范围，分别创建平面缓冲几合体和深度网格材质，并利用平面缓冲几合体和深度网格材质，创建经纬度范围对应的平面网格；其中，深度网格材质支持位移贴图。

在一种实施方式中，三维渲染模块506还用于：

通过Geoserver服务的图层插件，从初始灰度图层中提取经纬度范围对应的目标灰度图层，以及从初始地形配色图层中提取经纬度范围对应的目标地形配色图层；

利用目标灰度图层和目标地形配色图层，对平面网格进行贴图置换，得到置换后平面网格；

通过Threejs引擎，对置换后平面网格进行渲染，得到经纬度范围对应的三维地形效果。

在一种实施方式中，三维渲染模块506还用于：

将目标灰度图层作为平面网格的位移贴图，以及将目标地形配色图层作为平面网格的颜色贴图。

在一种实施方式中，还包括元素添加模块，用于：

确定待添加的目标元素，并将目标元素添加至三维地形效果中。

本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

本发明实施例提供了一种电子设备，具体的，该电子设备包括处理器和存储装置；存储装置上存储有计算机程序，计算机程序在被所述处理器运行时执行如上所述实施方式的任一项所述的方法 。

图6为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图，该电子设备100包括：处理器60，存储器61，总线62和通信接口63，所述处理器60、通信接口63和存储器61通过总线62连接；处理器60用于执行存储器61中存储的可执行模块，例如计算机程序。

其中，存储器61可能包含高速随机存取存储器（RAM，Random Access Memory），也可能还包括非不稳定的存储器（non-volatilememory），例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口63（可以是有线或者无线）实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。

总线62可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图6中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器61用于存储程序，所述处理器60在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器60中，或者由处理器60实现。

处理器60可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器60中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器60可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器61，处理器60读取存储器61中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

本发明实施例所提供的可读存储介质的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见前述方法实施例，在此不再赘述。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染方法，其特征在于，包括：

获取待渲染的地形数据；

通过Geoserver服务，将所述地形数据发布为初始灰度图层和初始地形配色图层；

通过Threejs引擎，创建待渲染的经纬度范围对应的平面网格，并根据所述平面网格、所述初始灰度图层和初始地形配色图层，渲染所述经纬度范围对应的三维地形效果；

根据所述平面网格、所述初始灰度图层和初始地形配色图层，渲染所述经纬度范围对应的三维地形效果的步骤，包括：

通过所述Geoserver服务的图层插件，从所述初始灰度图层中提取所述经纬度范围对应的目标灰度图层，以及从所述初始地形配色图层中提取所述经纬度范围对应的目标地形配色图层；

利用所述目标灰度图层和所述目标地形配色图层，对所述平面网格进行贴图置换，得到置换后平面网格；

通过所述Threejs引擎，对所述置换后平面网格进行渲染，得到所述经纬度范围对应的三维地形效果。

2.根据权利要求1所述的基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染方法，其特征在于，通过Geoserver服务，将所述地形数据发布为初始灰度图层和初始地形配色图层的步骤，包括：

通过Geoserver服务，编辑所述地形数据的样式层描述符，以得到初始灰度图层和初始地形配色图层；其中，所述初始地形配色图层中每个像素点的颜色值随地形高度值的变化呈渐变效果。

3.根据权利要求1所述的基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染方法，其特征在于，通过Threejs引擎，创建待渲染的经纬度范围对应的平面网格的步骤，包括：

通过Threejs引擎，基于待渲染的经纬度范围，分别创建平面缓冲几合体和深度网格材质，并利用所述平面缓冲几合体和所述深度网格材质，创建所述经纬度范围对应的平面网格；其中，所述深度网格材质支持位移贴图。

4.根据权利要求1所述的基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染方法，其特征在于，利用所述目标灰度图层和所述目标地形配色图层，对所述平面网格进行贴图置换的步骤，包括：

将所述目标灰度图层作为所述平面网格的位移贴图，以及将所述目标地形配色图层作为所述平面网格的颜色贴图。

5.根据权利要求1所述的基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定待添加的目标元素，并将所述目标元素添加至所述三维地形效果中。

6.一种基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染装置，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取待渲染的地形数据；

图层发布模块，用于通过Geoserver服务，将所述地形数据发布为初始灰度图层和初始地形配色图层；

三维渲染模块，用于通过Threejs引擎，创建待渲染的经纬度范围对应的平面网格，并根据所述平面网格、所述初始灰度图层和初始地形配色图层，渲染所述经纬度范围对应的三维地形效果；

三维渲染模块还用于：

通过所述Geoserver服务的图层插件，从所述初始灰度图层中提取所述经纬度范围对应的目标灰度图层，以及从所述初始地形配色图层中提取所述经纬度范围对应的目标地形配色图层；

利用所述目标灰度图层和所述目标地形配色图层，对所述平面网格进行贴图置换，得到置换后平面网格；

通过所述Threejs引擎，对所述置换后平面网格进行渲染，得到所述经纬度范围对应的三维地形效果。

7.根据权利要求6所述的基于Threejs+Geoserver的三维地形渲染装置，其特征在于，图层发布模块还用于：

通过Geoserver服务，编辑所述地形数据的样式层描述符，以得到初始灰度图层和初始地形配色图层；其中，所述初始地形配色图层中每个像素点的颜色值随地形高度值的变化呈渐变效果。

8.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现权利要求1至5任一项所述的方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现权利要求1至5任一项所述的方法。