基于WebGL的地理信息三维可视化技术研究

发布时间：2017-07-16 11:26

  本文关键词：基于WebGL的地理信息三维可视化技术研究

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【摘要】：大数据时代,网络三维可视化已经成为地理过程动态模拟、可视分析、协同决策等方面必不可少的核心技术。传统的三维地理数据可视化软件,长期停留在胖客户端模式。用户一般需要下载客户端插件,不仅费时费力、浏览器兼容性差,而且存在巨大安全隐患,网络集成应用也较为困难。随着互联网三维快速发展,无插件、轻量级三维地理信息系统开发条件已经逐步成熟。在数据可视化及数据挖掘迅速发展的今天,为了更直接的展示数据的魅力,使更广泛的用户更简单地获得可视化效果,本论文以“移动互联”为契机,以4G高速网络带宽、HTML5富客户端技术、浏览器三维标准为基础,以地理数据三维交互可视服务为核心,对WebGL三维可编程渲染流程、GPU高性能着色模型进行研究,在web浏览器上运用HTML5和Web GL技术实现了地理信息三维可视化。本论文在已有研究的基础上,总结分析了当前地理信息三维可视化技术的发展现状和主要问题,阐明了研究地理信息三维可视化的目的及意义,研究并阐述了HTML5、JavaScript、WebGL等技术,对WebGL可编程渲染技术和Web无插件三维可视化技术做了详细的研究,并在这个基础上借助WebGL技术开发了三维地球环境平台,实现了浏览器中无插件的三维可视化平台。通过对现有流行的虚拟地球环境的总结和比较,详细论述了选择Cesium引擎的优势和原因,在GIS可视化领域拥有很多优越特性的Cesium 3D地图引擎,支持WebGL硬件加速,非常适合动态地理数据的展示,是一个跨平台、开源、非常有前途的WebGIS引擎。本论文是基于网络端的,通过渐进式传输解决网络数据传输的瓶颈,根据Cesium引擎的需求和特点,对矢量数据进行组织、压缩、转换、处理和整合,使之成为平台可读的地理数据,最后通过可视化平台展示出来。论文对平台的需求和功能进行了说明,运用WebGL技术,将Cesium引擎的服务发布出来,同时,在平台上添加控件,以人口统计数据三维可视化为例,将全国各个省份的人口统计数据展示在三维地球环境中,并且支持数据查询和三维漫游等功能,完成了地理信息三维可视化平台服务的发布。
【关键词】：地理信息 HTML5 WebGL Cesium引擎 三维可视化
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P208
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 综述10-18
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 数据可视化技术发展现状11-12
• 1.2.2 GIS三维可视化的发展现状12-14
• 1.2.3 基于WebGL的GIS三维可视化发展现状14-15
• 1.3 研究目的和意义15-16
• 1.4 本文研究的主要工作16-17
• 1.5 论文组织17-18
• 2 基于WebGL的地理信息三维可视化相关技术及理论18-33
• 2.1 HTML5技术18
• 2.2 JavaScript18-20
• 2.2.1 JavaScript脚本18-19
• 2.2.2 JSON数据交换19-20
• 2.3 WebGL技术20-25
• 2.3.1 WebGL图形硬件21-23
• 2.3.2 矩阵变换23-25
• 2.4 node后台服务25-26
• 2.5 WebGL虚拟地球26-32
• 2.5.1 WebGL Earth27
• 2.5.2 OpenWebGlobe27-28
• 2.5.3 Google Earth28
• 2.5.4 World Wind28-29
• 2.5.5 Cesium平台29-31
• 2.5.6 基础平台选型31-32
• 2.6 本章小结32-33
• 3 数据组织和网络传输33-39
• 3.1 三维场景数据组织33-34
• 3.2 顶点层次矢量数据压缩存储34-35
• 3.2.1 矢量数据压缩算法基础34-35
• 3.2.2 顶点层次矢量数据存储模型35
• 3.3 网络环境下地理数据渐进式传输35-38
• 3.3.1 基于HTTP协议的矢量文件下载传输模式36-37
• 3.3.2 基于网络地图服务规范的矢量信息传输模式37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 4 基于WebGL的地理信息三维可视化关键技术39-53
• 4.1 整体框架39
• 4.2 基于WebGL的三维场景地图瓦片渐进式可视化39-45
• 4.2.1 瓦片金字塔数据服务39-42
• 4.2.2 基于WebGL流水线的瓦片着色器42-45
• 4.2.3 渐进式球体格网剖分与GPU渲染45
• 4.3 自定义Shader的矢量数据精细可视化45-52
• 4.3.1 基于SLD描述的矢量要素可视化46-49
• 4.3.2 CZML描述下矢量数据时间序列动态着色49-51
• 4.3.3 自定义shader下矢量数据多通道渲染51-52
• 4.4 本章小结52-53
• 5 系统设计与实现53-73
• 5.1 地理信息三维可视化需求分析53-54
• 5.1.1 总体需求53
• 5.1.2 功能需求53-54
• 5.2 Cesium平台功能开发54-59
• 5.2.1 Cesium视图54-56
• 5.2.2 地图图层56
• 5.2.3 地形配置56-57
• 5.2.4 坐标变换57-58
• 5.2.5 3D模型58-59
• 5.3 地理信息三维可视化系统设计59-62
• 5.3.1 总体设计59-60
• 5.3.2 设计实施环境60
• 5.3.3 技术路线60-61
• 5.3.4 关键技术61-62
• 5.4 地理信息三维可视化系统开发实现62-72
• 5.4.1 地图数据服务部署62-64
• 5.4.2 地理信息数据交换与处理64-66
• 5.4.3 地理信息三维可视化实现66-70
• 5.4.4 Web浏览器测试70-72
• 5.5 本章小结72-73
• 6 总结和展望73-76
• 6.1 总结73-74
• 6.2 难点和创新点74
• 6.3 不足与展望74-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-80
• 攻读学位期间的研究成果80

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本文编号：548466