CN107454168A - 基于快照技术的三维地质模型分布与可视化方法及*** - Google Patents

基于快照技术的三维地质模型分布与可视化方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于快照技术的三维地质模型分布与可视化方法，包括：(1)预先将三维地质模型从360度全方位渲染的结果采用快照技术生成快照图片，并保存到服务器端的图片存储服务器上；其中快照图片生成方法为：以地质模型为中心构建模型外包球，在构建的模型外包球上按照一定的经纬度间隔构建虚拟经纬网，每个格网交点就是一个观察点，在外包球球心和观察点射线方向上选择相机位置，且相机的观察方向指向球心，进行快照即得快照图片。(2)当服务器端获取到用户请求后，将最接近用户视角的快照图片通过网络发送给web客户端。本发明针对大量的粗略浏览请求，能够满足大量的用户并发请求，且提供快速、安全的基于互联网的三维地质模型服务。

Description

基于快照技术的三维地质模型分布与可视化方法及***
技术领域
本发明涉及三维地质模型分布与可视化技术领域，特别是涉及一种基于快照技术的三维地质模型分布与可视化方法及***。
背景技术
目前，三维地质模型发布有基于WFS技术进行模型发布，基于WFS技术服务允许客户端从多个Web要素服务中取得使用地理标记语言(GML)编码的地理空间数据，WFS定义了五个操作：GetCapabilites返回Web要素服务性能描述文档(用XML描述)、DescribeFeatureType返回描述可以提供服务的任何要素结构的XML文档、GetFeature为一个获取要素实例的请求提供服务、Transaction为事务请求提供服务、LockFeature处理在一个事务期间对一个或多个要素类型实例上锁的请求。
客户端向服务器请求要素对象数据(地质模型数据)，服务器响应用户请求需要将数据通过web传输到客户端。三维地质模型数据与其它要素对象数据相比独特之处在于它的数据量普遍偏大，单个三维地质模型数据量甚至可以达到1GB，一组三维地质模型数据甚至超过1TB，如果按20M带宽，最大下载速度为20*1024*1024bit/8＝2.5MB/s,单个1GB的三维地质模型数据传输到客户端需要1024/2.5＝6.8分钟才能传输完毕，如果需要传输多个大数据量的三维地质模型数据的话时间更是无法估算。实际上国内用户的实际网速绝大部分达不到20M，而且网速尤其是下载速度很不稳定，这样用户面临的情况只会比我们上面的估算更加糟糕。
另外这么大量的数据下载到客户端，对客户端计算机的存储空间和显卡渲染能力都有要求，很多用户根本没有足够的存储空间保存这么大数据量的地质模型数据，而且也无法保证渲染的效率和效果。这将会极大的降低用户体验的满意度。
此外，地质模型数据很多是保密级甚至机密级的，直接传输给客户端会带来保密数据泄露的风险。
综上所述，现有的基于WFS技术进行的三维地质模型发布会涉及到安全、性能等问题。
由此可见，上述现有的三维地质模型分布与可视化方法显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的基于快照技术的三维地质模型分布与可视化方法及***，以有效解决现有三维地质模型发布存在的传输慢、效率低、效果差的问题，更加快捷的提供基于互联网的三维地质模型服务。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供基于快照技术的三维地质模型分布与可视化方法，使其有效解决现有三维地质模型发布存在的传输慢、效率低、效果差的问题，更加快捷的提供基于互联网的三维地质模型服务，从而克服现有的三维地质模型分布与可视化方法的不足。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于快照技术的三维地质模型分布与可视化方法，所述方法包括：
(1)预先将三维地质模型从360度全方位渲染的结果采用快照技术生成快照图片保存到服务器端的图片存储服务器上；
(2)当服务器端获取到用户的请求后，将最接近用户视角的快照图片通过网络发送给web客户端，在客户端浏览器上显示该快照图片。
作为本发明的一种改进，所述步骤(1)中采用快照技术生成快照图片的方法包括：以所述三维地质模型为中心构建模型外包球，在构建的模型外包球上按照一定的经纬度间隔构建虚拟经纬网，每个格网交点就是一个观察点，在外包球球心和观察点射线方向上选择相机位置，且相机的观察方向指向球心，进行快照，即得所述快照图片。
进一步改进，所述虚拟经纬网中经纬度间隔在1度至20度之间。
进一步改进，所述快照技术生成的快照图片包括彩色图、id图和depth图，
所述彩色图是指三维地质模型从观察点渲染的结果图片；
所述id图是指在所述观察点由彩色图生成的二值图，且所述id图内对应的用户选择的图片2D位置的id就是用户选中的三维地质模型唯一标示符；
所述depth图是指在所述观察点表达三维地质模型表面远近的信息图，每个图元的定义域范围在外包球球心到相机之间的距离，每个图元的值域范围在0到1之间，距离观察点越近值越小，所述depth图用于在客户端实现多个地质模型的叠加显示功能。
进一步改进，所述实现多个地质模型的叠加显示功能的方法为：使用全场景多个地质模型对象彩色图片和深度图，根据深度图中的深度依次叠加各张地质模型对象图片，实现多个地质模型叠加显示效果。
进一步改进，所述方法还包括对所述三维地质模型的属性查询步骤，所述属性查询步骤采用快照技术生成的id图和depth图完成，所述id图内对应的用户选择的图片2D位置的id是用户选中的单个三维地质模型的唯一标示符，所述depth图内对应的用户选择的图片2D位置的最小值是多个地质模型叠加后的最上面的单个三维地质模型。
进一步改进，所述快照技术生成的快照图片分为：单个三维地质模型360度全方位的jpg格式图片、场景内所有单个三维地质模型360度全方位的jpg格式图片、场景内所有单个三维地质模型360度全方位图片对应的tiff格式的id图，以及场景内所有单个三维地质模型360度全方位图片对应的tiff格式的depth图。
本发明还提供一种基于快照技术的三维地质模型分布与可视化数据共享***，包括应用层、支撑层和数据层，
所述应用层，用于提供用户访问浏览所述共享***的共享平台入口，以及发布三维地质模型数据；
所述支撑层，用于接受所述应用层的请求，提供所述应用层请求的查看内容的结果，还用于提供三维渲染服务和快照技术服务，并将渲染的快照图片缓存于所述数据层或实时提供给所述应用层；
所述数据层，用于存储所述支撑层传输的快照图片数据。
作为本***的一种改进，所述支撑层还用于接受所述应用层客户端对三维地质模型属性查询的请求，为所述应用层提供三维地质模型的属性数据。
进一步改进，所述支撑层包括模型快照器，所述模型快照器用于采用快照技术生成三维地质模型渲染的快照图片。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
本发明基于快照技术的三维地质模型发布与可视化方法通过预先将三维地质模型从360度全方位渲染的结果保持为jpg图片保存到服务器端的图片存储服务器上，当获取用户请求后，将最接近用户视角的jpg图片通过网络发送给web客户端，在客户端浏览器上显示这张结果图片，该方法能够满足大量的用户并发请求，同时由于图片不涉及到数据本身，可以分布部署到互联网上的各种存储体系中，如各种公共云。因此，本发明针对大量的粗略浏览请求，能提供快速、安全的基于互联网的三维地质模型服务。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明基于快照技术的三维地质模型分布与可视化数据共享***的结构示意图。
图2是本发明基于快照技术的三维地质模型分布与可视化方法的流程示意图。
图3是本发明中基于快照技术分布的模型示意图。
图4是本发明提供给普通用户浏览的三维地质模型示意图。
图5是本发明提供给普通用户浏览的三维地质模型的属性查询示意图。
具体实施方式
本发明基于快照技术的三维地质模型发布与可视化数据共享***是在三维地质模型数据集成管理子***基础上，进行三维模型数据网络发布服务，实现三维地质模型数据的综合可视化表达及基本数据分析，提供多种形式的社会化服务，为三维地质模型数据的再利用提供支撑。
参照附图1***架构图，该基于快照技术的三维地质模型分布与可视化数据共享***，包括应用层、支撑层和数据层。
1)应用层
用于提供用户访问浏览所述共享***的共享平台入口，以及发布三维地质模型数据。用户通过业务层程序访问浏览共享平台发布的三维地质模型数据。普通用户，可以浏览查看单个地质模型、组合浏览查看多个地质模型；可以平移、旋转；可以拾取查看模型的属性信息。
2)支撑层
第一，支撑层接受应用层的请求，提供应用层请求的查看内容的结果。
其中包括模型快照器，为普通用户的请求提供特定视角下的地质模型三维渲染的快照图片。支撑层还接受客户端查询三维模型属性的请求，为支撑层提供模型属性数据。
第二，支撑层提供三维渲染服务，其任务是加载地质模型数据三维渲染，生存场景影像、深度、对象ID的图像信息，缓存于图片存储服务器或实时提供给WVS服务。渲染服务负责生成三维地质模型三维渲染的快照图片存放于图片存储服务器，以满足普通用户浏览查看三维地质模型的需要。
该支撑层为支持高并发、高效相应，服务采用集群部署、负载均衡。
3)数据层
用于存储支撑层传输的快照图片数据，即将图片文件数据存储服务位于存储层。
应用上述基于快照技术的三维地质模型分布与可视化数据共享***的三维地质模型发布与可视化方法，包括：预先将三维地质模型从360度全方位渲染的结果采用快照技术生成快照图片保存到服务器端的图片存储服务器(或其它位置)上，当获取用户请求后，将最接近用户视角的快照图片通过网络发送给web客户端，在客户端浏览器上显示这张结果图片。
参照附图2所示，基于快照技术的三维地质模型发布与可视化方法的工作流程为，Web客户端(即上述应用层)发出http请求，由图片服务器(即上述支撑层)获得请求并负责解析请求，到图片存储服务器(即数据层)请求所需的图片，再由图片存储服务器返回图片，在图片服务器上进行图片合成或属性查询服务的功能操作，返回给Web客户端最终的图片。
其中，快照图片生成技术采用角度划分规则，具体如下：
根据对360度全方位观察三维地质模型的需求，以模型为中心构建模型外包球，在外包球上按照一定的经纬度间隔构建虚拟经纬网，每个格网交点就是一个观察点，在外包球球心和观察点射线方向上选择相机位置进行快照，相机的观察方向指向球心。经纬度间隔大小可由用户视情况选择，理论上以大于1度，小于20度为佳，小于1度格网过密，增加了模型快照器的存储压力，大于20度格网过稀疏，用户体验不好。
起始经度为-180，终止经度为180；起始纬度为-90(南极)，终止纬度为90(北极)。
该快照图片生成技术生成的模型快照图片格式有三类图片：彩色图、id图和depth图。彩色图是指三维地质模型从观察点渲染的结果图片；id图是指在此观察点由彩色图生成的二值图，客户端选择和查询功能是id图实现的，id图内对应的用户选择的图片2D位置的id就是用户选中的三维地质模型唯一标示符；depth图是指在此观察点表达三维地质模型表面远近的信息，每个图元的定义域范围在外包球球心到相机之间的距离，每个图元的值域范围在0到1之间，距离观察点越近值越小。
客户端多个地质模型的叠加显示功能是通过depth图实现的图片合成，使用全场景多个地质模型对象彩色图片和深度图，根据深度图中的深度依次叠加各张地质模型对象图片，实现多个地质模型叠加显示效果，如附图4所示。具体步骤如下：
输入：某一观察点的N对全场景单个地质模型图片，包括：N张彩色图和N张depth图，图片分辨率均为width*height。
算法：伪代码如下所述。
输出：此观察点的一张合成后的彩色图，Color[0]。
该快照图片生成技术生成的模型快照图片的模型快照分类如下：
【1】单个三维地质模型360度全方位图片生产，以单个三维地质模型的外包球进行快照。
输入：单个地质模型
输出：360度全方位图片，jpg格式
【2】全场景360度全方位图片生产，以场景内所有三维地质模型的外包球进行快照。
输入：一个服务内所有地质模型
输出：
场景内所有单体三维模型的360度全方位图片，jpg格式
全场景360度全方位图片，jpg格式
全场景下360度全方位图片对应的id图，tiff格式
全场景下各个地质模型360度全方位图片，jpg格式
全场景下各个地质模型360度全方位图片对应的depth图，tiff格式
该快照图片生成技术生成的模型快照图片的图片命名规则为：
模型快照生成三类图片文件命名规则为：纬度_经度_color.jpg，纬度_经度_id.GIFf，纬度_经度_depth.GIFf。单个地质模型或全场景下单个地质模型的所有图片存放到同一文件夹，文件夹名称为地质体名称。
该基于快照技术的三维地质模型分布与可视化方法中客户端查询三维模型属性请求的具体步骤为：
客户端选择和查询功能是id图和depth图实现的，id图内对应的用户选择的图片2D位置的id就是用户选中的单位三维模型唯一标示符，depth图内对应的用户选择的图片2D位置的最小值是最上面的单体三维模型。具体步骤为：
输入：
参数一：图片2D位置(x,y)
参数二：某一观察点的N对全场景单个地质模型图片，包括：N张id图和N张depth图，图片分辨率均为width*height。
算法：伪代码如下所述。
输出：图片2D位置(x,y)的ID，即第id个单体地质模型。
本发明基于快照技术的三维地质模型发布与可视化数据共享***的服务端创建三维地质模型发布服务功能需要设置相应的参数，包括：生成图片的宽度，高度，相机镜头距离外包球球心的距离(外包球半径的倍数)，观察点经度、纬度步长。且将生成的图片存放到FTP服务器上，所以需要设置FTP服务器的地址，用户名和密码。如附图3所示。
本发明基于快照技术的三维地质模型发布与可视化数据共享***的客户端功能能实现模型浏览：基于快照技术的三维地质模型发布与可视化方法技术浏览三维地质模型，客户端异步向服务器请求模型快照的图片，获取数据，根据深度信息对多个单体模型的图片进行叠加融合。通过这样的方式，可以实现渐进加载显示数据，及时给予用户响应，增进体验。客户端提供了三维地质模型的全屏显示、鼠标拖拽、鼠标跟随、单击查询功能。
该客户端功能还能实现属性查询：实现模型属性信息浏览，客户端通过浏览器访问图片服务器，调用模型数据库完成模型属性浏览，如附图5所示。
本发明基于快照技术的三维地质模型发布与可视化方法把模型渲染效果按照用户观察的视角进行缓存，在用户提出渲染请求时，直接调阅缓存的图片，能够满足大量的用户并发请求，同时，由于图片不涉及到数据本身，可以分布部署到互联网上的各种存储体系中，如各种公共云。因此，针对大量的粗略浏览请求，基于快照技术的三维地质模型发布与可视化方法能达到满意效果。
本发明基于快照技术的三维地质模型发布与可视化方法的技术效果主要体现在节省网络带宽。如对于web端帧速分析：基于快照技术的三维地质模型发布与可视化方法的渲染服务主要耗时在图片的网络传输上，以800*600的jpg图片为例：图片大小约为58K，在20M的带宽情况下传输时间是23.2毫秒左右，其它时间基本可以忽略不计(计5毫秒)，所以在客户端的响应时间可以达到1000/28.2＝35.3帧/秒。如果调高网速或降低传输图片的大小，帧速将还能提升。100个用户并发访问同一个模型快照器时，web客户端响应时间最长为100*0.0237＝2.37秒，因此，大大提高了传输速度，避免了用户响应时间延迟，提升了用户浏览三维地质模型的体验满意度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于快照技术的三维地质模型分布与可视化方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)预先将三维地质模型从360度全方位渲染的结果采用快照技术生成快照图片保存到服务器端的图片存储服务器上；
(2)当服务器端获取到用户的请求后，将最接近用户视角的快照图片通过网络发送给web客户端，在客户端浏览器上显示该快照图片。
2.根据权利要求1所述的基于快照技术的三维地质模型分布与可视化方法，其特征在于，所述步骤(1)中采用快照技术生成快照图片的方法包括：以地质模型为中心构建模型外包球，在构建的模型外包球上按照一定的经纬度间隔构建虚拟经纬网，每个格网交点就是一个观察点，在外包球球心和观察点射线方向上选择相机位置，且相机的观察方向指向球心，进行快照，即得所述快照图片。
3.根据权利要求2所述的基于快照技术的三维地质模型分布与可视化方法，其特征在于，所述虚拟经纬网中经纬度间隔在1度至20度之间。
4.根据权利要求2所述的基于快照技术的三维地质模型分布与可视化方法，其特征在于，所述快照技术生成的快照图片包括彩色图、id图和depth图，
所述彩色图是指三维地质模型从观察点渲染的结果图片；
所述id图是指在所述观察点由彩色图生成的二值图，且所述id图内对应的用户选择的图片2D位置的id就是用户选中的三维地质模型唯一标示符；
所述depth图是指在所述观察点表达三维地质模型表面远近的信息图，每个图元的定义域范围在外包球球心到相机之间的距离，每个图元的值域范围在0到1之间，距离观察点越近值越小，所述depth图用于在客户端实现多个地质模型的叠加显示功能。
5.根据权利要求4所述的基于快照技术的三维地质模型分布与可视化方法，其特征在于，所述实现多个地质模型的叠加显示功能的方法为：使用全场景多个地质模型对象彩色图片和深度图，根据深度图中的深度依次叠加各张地质模型对象图片，实现多个地质模型叠加显示效果。
6.根据权利要求4所述的基于快照技术的三维地质模型分布与可视化方法，其特征在于，所述方法还包括对所述三维地质模型的属性查询步骤，所述属性查询步骤采用快照技术生成的id图和depth图完成，所述id图内对应的用户选择的图片2D位置的id是用户选中的单个三维地质模型的唯一标示符，所述depth图内对应的用户选择的图片2D位置的最小值是多个地质模型叠加后的最上面的单个三维地质模型。
7.根据权利要求2所述的基于快照技术的三维地质模型分布与可视化方法，其特征在于，所述快照技术生成的快照图片分为：单个三维地质模型360度全方位的jpg格式图片、场景内所有单个三维地质模型360度全方位的jpg格式图片、场景内所有单个三维地质模型360度全方位图片对应的tiff格式的id图，以及场景内所有单个三维地质模型360度全方位图片对应的tiff格式的depth图。
8.一种基于快照技术的三维地质模型分布与可视化数据共享***，其特征在于，包括应用层、支撑层和数据层，
所述应用层，用于提供用户访问浏览所述共享***的共享平台入口，以及发布三维地质模型数据；
所述支撑层，用于接受所述应用层的请求，提供所述应用层请求的查看内容的结果，还用于提供三维渲染服务和快照技术服务，并将渲染的快照图片缓存于所述数据层或实时提供给所述应用层；
所述数据层，用于存储所述支撑层传输的快照图片数据。
9.根据权利要求8所述的基于快照技术的三维地质模型分布与可视化数据共享***，其特征在于，所述支撑层还用于接受所述应用层客户端对三维地质模型属性查询的请求，为所述应用层提供三维地质模型的属性数据。
10.根据权利要求8所述的基于快照技术的三维地质模型分布与可视化数据共享***，其特征在于，所述支撑层包括模型快照器，所述模型快照器用于采用快照技术生成三维地质模型渲染的快照图片。
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