CN109325157B - 基于浏览器的地理空间信息承载方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于浏览器的地理空间信息承载方法,包括:重构浏览器应用程序:将地理信息***模块封装为浏览器的插件,浏览器则加载地理信息***插件并且将地理信息***视图转化为HTML标签显示在浏览器页面中,通过HTML标签属性控制或使用JavaScript技术来调用地理信息***插件中的相应的功能。本发明的有益效果在于:作为浏览器保留了WebGIS所具备的所有优点;兼容了桌面地理信息***的强交互能力;突破浏览器对客户端硬件资源的使用限制;地理信息数据的展现效果超越WebGIS,等同于桌面地理信息***。
Description
技术领域
本发明涉及地理信息***可视化领域,尤其涉及一种基于浏览器的地理空间信息承载方法。
背景技术
GIS(Geographic Information System,地理信息***)是采集、存储、检索、分析和描述整个或部分地球表面与空间地理分布数据的空间信息***[1],是融合计算机图形和数据库于一体,用来存储和处理空间信息的高新技术,它把地理位置和相关属性有机地结合起来,根据用户的需要将空间信息及其属性信息准确真实、图文并茂地输出给用户,满足城市建设、企业管理、居民生活等对空间信息的要求,借助其独有的空间分析功能和可视化表达功能,进行各种辅助决策。
桌面地理信息***和网络地理信息***(WebGIS)是地理信息行业两个重要的方向,其中桌面地理信息***中应用最为广泛的是组件式地理信息***(ComGIS),它的出现推动了GIS行业的发展趋向于专业化和精细化。把GIS的各种功能模块进行分类,划分成不同类型的控件,控件之间通过可视化软件工具集成起来,形成专业化的地理信息***。这种架构既具备了强大的GIS处理数据的能力,又不失其开发的灵活性与便捷性。然而依然存在桌面地理信息***的各项缺点,对于数据的共享能力有限,软件***操作比较复杂,对平台的依赖性较大,因此不适合大众使用并且普及。
随着遥感等信息技术、互联网技术、计算机技术等的应用和普及,地理信息***已经从单纯的技术型和研究型逐步向地理信息服务层面转移。随着Internet技术的不断发展和人们对地理信息***(GIS)的需求,利用Internet在Web上发布和出版空间数据,为用户提供空间数据浏览、查询和分析的功能,已经成为GIS发展的必然趋势,WebGIS(万维网地理信息***)便在此趋势下应运而生。WebGIS正是Internet技术应用于GIS开发的产物,WebGIS通过Web服务器接受客户端浏览器发出的GIS服务请求,将请求传给GIS服务器,GIS服务器从GIS数据库中提取相关的数据,将处理结果转为HTML页面或者直接把GIS数据通过Web服务器返回给客户端,由于客户端使用的是浏览器,因此解决了GIS基础数据的共享分发能力,实现了地理信息***的跨平台,让地理信息***的应用得到了大众化的推广和普及作用。
近年来,WebGIS发展得比较迅猛,使得GIS的应用得到了广泛的普及,然而它也面临着各种挑战。新兴的WebGIS技术依赖于浏览器而存在的,受到了浏览器的各方面的限制,有安全方面的,也有显示技术方面的,这使得WebGIS总是难以取代桌面地理信息***的地位。与传统桌面GIS相比,WebGIS有限的交互能力极大地影响了用户体验效果,客户端对GIS数据进行浏览时,其响应速度也受到了网络带宽的影响。GIS从2D模式发展到3D模式,WebGIS对本地计算资源使用的限制也局限了GIS三维化的效果展现。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处,本发明提供了一种基于浏览器的地理空间信息承载方法。
为了解决以上技术问题,本发明采用的技术方案是:基于浏览器的地理空间信息承载方法,包括:重构浏览器应用程序:将地理信息***模块封装为浏览器的插件,浏览器则加载地理信息***插件并且将地理信息***视图转化为HTML标签显示在浏览器页面中,通过HTML标签属性控制或使用JavaScript技术来调用地理信息***插件中的相应的功能。
进一步地,所述浏览器为Chrome浏览器。
进一步地,所述重构浏览器应用程序通过使用封装了Chromium浏览器内核的CEF实现。
进一步地,所述将地理信息***模块封装为浏览器的插件具体为:通过NaCl扩展模块,将GIS功能封装在GIS模块中,并通过PPAPI接口标准提供给浏览器内核进行调用。
进一步地,所述地理信息***插件模块实时绘制输出图片,通过以下方式来实现:a、地理信息***插件模块直接绘制到内存设备,以内存块的方式传递给浏览器,浏览器则实时更新绘制这张内存块格式的图片;和/或b、地理信息***模块与浏览器共享绑定相同的显卡内存区域,其中,地理信息***模块输入图片,浏览器显示图片。
进一步地,所述使用JavaScript技术来调用地理信息***插件中的相应的功能,包括以下步骤:
步骤1、在浏览器的服务端封装出一套与C/C++开发的地理信息***插件对应的JavaScript开发包GVML;在开发包GVML中,定义了一个全局的GeoCanvas对象;在GeoCanvas对象中,包含MapOptions对象、LayerSet对象、SceneSet对象、Camera对象、Util对象、Math对象以及PluginManager对象;其中MapOptions对象中又包含大气环境参数及相关功能、海洋特效相关功能、地形块的构建参数以及全局配置信息;LayerSet包含影像图层功能、矢量图层功能以及地形图层功能;SceneSet包括通用标绘场景、动目标标绘场景、军事标绘场景以及地名标绘场景;Camera对象封装相机相关操作功能;Util封装一些通用的函数功能;Math对象则封装通用的算法功能;PluginManager对象管理JavaScript的Tool和Widget两大类插件;
步骤2、所述开发包GVML所在的JavaScript端和地理信息***插件所在的C/C++端之间异步通信,包括:a、JavaScript端通过postMessage函数通知C/C++端创建GIS相关对象,C/C++端完成操作后通过PPB_Messaging::PostMessage函数向JavaScript端返回消息,完成同步调用过程;b、JavaScript端通过postMessage函数向C/C++端发送异步功能调用消息,完成发送后不需要等待而执行自己的程序,或继续发送功能调用的消息,而C/C++端接收消息并有序的完成对应功能,实现异步功能调用。
本发明基于地理信息***的浏览器结构进行重构,既保留了WebGIS具备的各种优势,又兼具有桌面地理信息***的各种优点;依赖于地理信息***插件的新的地理画布标签,可以像普通标签一样应用在HTML页面布局当中;GVML对地理信息***插件的封装为用户提供了一套新的地理信息***开发包,也就说可以直接基于GVML的基础功能开发行业应用的地理信息功能模块。
本发明的有益效果在于:
1.作为浏览器保留了WebGIS所具备的所有优点。
2.兼容了桌面地理信息***的强交互能力。
3.突破浏览器对客户端硬件资源的使用限制。
4.地理信息数据的展现效果超越WebGIS,等同于桌面地理信息***。
附图说明
图1为本发明的方法的流程图。
图2为Chromium浏览器内核调用GIS模块的示意图。
图3为Chromium对插件安全的检查过程的示意图。
图4为GIS插件模块实时绘制输出为图片的一种方式的流程示意图。
图5为GIS插件模块实时绘制输出为图片的另一种方式的流程示意图。
图6为GVML的结构示意图。
图7为JavaScript端与C/C++端通讯方式的示意图。
具体实施方式
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。
基于浏览器的地理空间信息承载方法,即使用封装了Chromium浏览器内核的CEF,重构浏览器应用程序,其中浏览器为Chrome浏览器。
具体流程如图1所示,将地理信息***(GIS)模块封装为浏览器的插件,浏览器则加GIS插件并将GIS视图转化为HTML标签显示在浏览器页面中,通过HTML标签属性控制或使用JavaScript技术来调用GIS插件中的相应的功能。
其中,如图2所示,Chromium浏览器内核包含了两大核心引擎——WebKit引擎和V8引擎,其中WebKit引擎是用于解析HTML页面程序的;而V8引擎则是用于解释执行JavaScript代码。CEF将这两大引擎封装起来,并且提供网页相关功能的接口,浏览器应用程序只需要关心界面逻辑,将网页相关的功能交给CEF去完成。同时,浏览器支持NaCl扩展模块的开发,通过这种扩展,将GIS功能封装在GIS模块中,通过PPAPI接口标准提供给浏览器内核进行调用。
在整个结构中,需要解决三个技术问题,下面针对每个问题进行说明并且提出解决方式。
1)浏览器加载插件时,需要对插件的安全性做出判断,地理信息***插件作为浏览器的插件,如何保障插件模块的安全性?
每种浏览器内核对浏览器插件的安全检查方式是不一样的,而Google浏览器内核,即Chromium则使用了SandBoxed(沙盒技术)机制。本发明采用了Chromium作为浏览器的内核,Chromium对插件安全的检查过程如图3所示:
在Chromium内核运行过程中,会产生三个进程,Sandboxed RendererProcess(沙盒渲染进程)、Broker Process(终止操作进程)和Sandboxedsel_ldr Process(沙盒执行进程)。
NaCl模块通过PPAPI接口标准被浏览器以插件的方式加载执行,但是这种代码加载执行过程都是放在Sandboxed sel_ldr Process进程中完成,当它在执行过程中需要在浏览器进行渲染时,则通过SRPC/IMC(Simple RemoteProcedure Call/Inter-ModuleCommunication)通知Sandboxed RendererProcess进程来完成渲染操作。不管是在渲染进程还是非渲染进程中,所有的代码执行都采用了沙盒模拟执行(记录执行前后的状态以便于恢复回滚操作)。
在Sandboxed sel_ldr Process进程中,执行的代码和数据被划分为Trusted(受信任的)和Untrusted(不受信任的)两个部分,NEXE(NativeClient Executable)模块代码属于Untrusted的代码,因此这部分的代码总是需要一个Trampoline进行转换(即在代码的起始位置加入hlt指令,限制转换后的代码调用Trusted代码段),转换过的代码在Trusted端执行,执行完毕需要返回到Untrusted区时,则记录相关信息,并且通过一个Springboard来建立相关映射。NEXE代码总是在运行时被验证,发现存在***调用或者特权指令调用时(受到安全威胁),则终止当前沙盒代码的模拟执行,并且通过IPC(Inter-ProcessCommunication)通知Broker Process进程,由BrokerProcess进程向其它相关的进程发出终止命令,终止沙盒的模拟执行,并且执行回滚操作。这样就保证了NaCl模块代码的安全性。
2)地理信息***插件将GIS视图封装为HTML标签显示在浏览器页面中。
专业的地理信息***是通过将地图或者说是地理数据分层绘制到应用程序的视图区,达到数据的可视目的,当然中间可能会使用到一些绘制加速的方法,例如内存双屏拷贝技术等。浏览器也可以绘制图片,但是浏览器是通过解析HTML页面标签,根据页面标签的属性样式以及布局来绘制整个页面的,图片只能是以图片标签方式添加到页面div(HTML页面中的布局容器关键字)中实现图片的显示。
基于浏览器的这种绘制方式,可以参考图片标签的方式,扩展一个类似的图片标签,不同的是这张显示的图片不是固定的图片,而是一张时时刻刻都在变化的图片标签,而图片的来源则是通过地理信息***插件模块进行实时绘制出来的。
地理信息***插件模块实时绘制输出为图片可以通过两种方式来实现:一种方式如图4所示,地理信息***插件模块直接绘制到内存设备,以内存块的方式传递给浏览器,浏览器则实时更新绘制这张内存块格式的图片;另一种方式如图5所示,地理信息***模块与浏览器共享绑定相同的显卡内存区域,也就是说两者同时使用的是同一个设备进行操作,前者输入图片,后者显示图片。
两种不同的方式的对比可以很明显的看出优劣,前一种方式由于地理信息***模块绘制的图片需要经过内存传递,并且再载入GPU的过程,因此在效率上大打折扣;而后一种方式则显得比较简洁且更加高效。使用前一种方式可以保证产品的稳定,而使用后一种方式可以优化显示的效果。
不管使用哪种方式进行显示,地理信息***模块的绘制总是能够尽可能的发挥出客户端机器的硬件性能,在内存、CPU和GPU的使用率上与专业的桌面地理信息***相比基本上没什么差别。
3)浏览器通过怎样的方式来调用地理信息***插件中的基础功能,就像桌面应用程序调用普通函数一样方便。
将地理信息***模块以插件的方式载入浏览器,最终的目的并不只是为了显示地理信息数据,其中一个更大的目的是实现地理信息***的强交互能力。为了实现这个目的,针对地理信息***插件(C/C++代码),在浏览器的服务端封装出一套与C/C++开发的地理信息***插件对应的JavaScript开发包,我们将这个开发包命名为GVML(GeoVIS MarkLanguage)。
如图6,在GVML中,我们定义了一个全局的GeoCanvas对象(等同于C++层中的Map对象功能),在GeoCanvas对象中,包含了MapOptions对象、LayerSet对象、SceneSet对象、Camera对象、Util对象、Math对象以及PluginManager对象。其中MapOptions对象中又包含Sky(大气环境参数及相关功能)、Ocean(海洋特效相关功能)、Terrain(地形块的构建参数)以及Profile(全局配置信息);LayerSet是管理图层相关数据及功能,它包含了ImageLayer(影像图层功能)、VectorLayer(矢量图层功能)以及TeerainLayer(地形图层功能);SceneSet则是管理标绘数据及相关功能,它包括了GraphicScene(通用标绘场景)、DynTargetScene(动目标标绘场景)、MilScene(军事标绘场景)以及PlaceNameScene(地名标绘场景);Camera对象封装了相机相关操作功能;Util封装了一些通用的函数功能;Math对象则封装了通用的算法功能;PluginManager对象是管理JavaScript插件的,包括Tool和Widget两大类插件。
GVML本质是将底层的地理信息功能封装并且暴露给外部使用,使得用户不用关心内部的实现逻辑,但是GVML内部还是得依赖底层C/C++来实现,这就涉及到GVML与C/C++底层之间的通信问题。因此首要解决的问题是如何实现GVML所在的JavaScript端与地理信息***插件所在的C/C++端之间的通信。JavaScript端与C/C++端的通信是异步的,大致的时序图7所示:
JavaScript端可以通过postMessage函数通知C/C++端创建GIS相关对象,C/C++端完成操作后通过PPB_Messaging::PostMessage函数向JavaScript端返回消息,这样就完成一个同步调用过程;JavaScript端也可以通过postMessage函数向C/C++端发送异步功能调用消息,完成发送后不需要等待而执行自己的程序,当然也可以继续发送功能调用的消息,而C/C++端接收消息并有序的完成对应功能,这样就实现了异步功能调用。图7中描述了JavaScript端向C/C++端发送了一个同步消息,然后等待C/C++的返回信息,C/C++端接收消息并执行完操作后,向JavaScript端返回信息,JavaScript端接收到返回操作后继续执行代码并连续向C/C++端发送了两个异步调用消息,C/C++接收到消息并有序执行相关操作,最后JavaScript端向C/C++发出了一个同步消息并且等待C/C++端的返回信息,然后再执行后续的代码。
通过上述通讯方法,解决了GVML所在的JavaScript端与地理信息***插件所在的C/C++端的通信及同步问题,使用GVML编写各种交互逻辑成为现实,这样既保留了WebGIS的优势又兼容了桌面地理信息***的优点。
本实施例提供了:
1)一种基于地理信息***的浏览器结构设计:既保留了WebGIS具备的各种优势,又兼具有桌面地理信息***的各种优点。
2)一种新的浏览器标签,依赖于地理信息***插件的新的地理画布标签,可以像普通标签一样应用在HTML页面布局当中。
3)一套新的地理信息***开发包:GVML对地理信息***插件的封装为用户提供了一套新的地理信息***开发包,也就说可以直接基于GVML的基础功能开发行业应用的地理信息功能模块。
上述实施方式并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.基于浏览器的地理空间信息承载方法,其特征在于:重构浏览器应用程序:将地理信息***模块封装为浏览器的插件,浏览器则加载地理信息***插件并且将地理信息***视图转化为HTML标签显示在浏览器页面中,通过HTML标签属性控制或使用JavaScript技术来调用地理信息***插件中的相应的功能;
所述使用JavaScript技术来调用地理信息***插件中的相应的功能,包括以下步骤:
步骤1、在浏览器的服务端封装出一套与C/C++开发的地理信息***插件对应的JavaScript开发包GVML;在开发包GVML中,定义了一个全局的GeoCanvas对象;在GeoCanvas对象中,包含MapOptions对象、LayerSet对象、SceneSet对象、Camera对象、Util对象、Math对象以及PluginManager对象;其中MapOptions对象中又包含大气环境参数及相关功能、海洋特效相关功能、地形块的构建参数以及全局配置信息;LayerSet包含影像图层功能、矢量图层功能以及地形图层功能;SceneSet包括通用标绘场景、动目标标绘场景、军事标绘场景以及地名标绘场景;Camera对象封装相机相关操作功能;Util封装一些通用的函数功能;Math对象则封装通用的算法功能;PluginManager对象管理JavaScript的Tool和Widget两大类插件;
步骤2、所述开发包GVML所在的JavaScript端和地理信息***插件所在的C/C++端之间异步通信,包括:a、JavaScript端通过postMessage函数通知C/C++端创建GIS相关对象,C/C++端完成操作后通过PPB_Messaging::PostMessage函数向JavaScript端返回消息,完成同步调用过程;b、JavaScript端通过postMessage函数向C/C++端发送异步功能调用消息,完成发送后不需要等待而执行自己的程序,或继续发送功能调用的消息,而C/C++端接收消息并有序的完成对应功能,实现异步功能调用。
2.根据权利要求1所述的基于浏览器的地理空间信息承载方法,其特征在于:所述浏览器为Chrome浏览器。
3.根据权利要求2所述的基于浏览器的地理空间信息承载方法,其特征在于:所述重构浏览器应用程序通过使用封装了Chromium浏览器内核的CEF实现。
4.根据权利要求2或3所述的基于浏览器的地理空间信息承载方法,其特征在于:所述将地理信息***模块封装为浏览器的插件具体为:通过NaCl扩展模块,将GIS功能封装在GIS模块中,并通过PPAPI接口标准提供给浏览器内核进行调用。
5.根据权利要求4所述的基于浏览器的地理空间信息承载方法,其特征在于:所述地理信息***插件模块实时绘制输出图片,通过以下方式来实现:a、地理信息***插件模块直接绘制到内存设备,以内存块的方式传递给浏览器,浏览器则实时更新绘制这张内存块格式的图片;和/或b、地理信息***模块与浏览器共享绑定相同的显卡内存区域,其中,地理信息***模块输入图片,浏览器显示图片。
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