基于WebGL的三维管线可视化关键技术研究

摘要

城市地下管线在城镇基础设施中扮演着非常重要的角色，被喻为城市的血管。近年来，随着城镇化进程的推进，城市地下管线数量急剧增加、空间结构越发复杂，带来了安全事故频发、维护管理困难等问题，仅依靠传统的基于二维地图的管线数据管理方式已不能满足当前城市管理的需要，迫切需要引入三维GIS技术对管线数据进行管理。随着Web2.0技术的发展，网络三维管线管理因其很强的共享性、更广的应用范围为管线管理提供了新的解决办法。本论文的主要研究内容如下： 1. 阐明了研究网络环境下三维管线可视化的研究背景和现实意义，总结了国内外对三维管线可视化的研究现状，详述了本论文的研究目标和内容； 2. 介绍了WebGL的技术基础，包括HTML5.0技术、JavaScript技术、WebGL技术、Node.js技术和MongoDB数据库，为后续管线数据的组织、管理及调度方法提供了理论基础； 3. 总结城市地下管线的分类及空间分布特征，根据管线数据特点，参照CityGML针对隧道的LOD定义扩展原则，构建了多细节层次的管线模型，提出了基于MongoDB的三维管线数据存储方案，构建基于R-树索引的三维管线索引中间件，最后介绍三维管线场景数据的服务与发布。 4. 设计了基于WebGL的浏览器客户端的场景数据组织方式，设计了网络环境中，根据视点的6 种运动规律和管线数据特有的数据特点，对可视域、一级缓冲区和二级缓冲区分别制定调度规则，设计了基于视点的二级渐进调度策略，结合LOD层次动态调度技术实现管线数据的动态调度。通过采用可见性裁剪技术和管线重复实例化技术实现三维管线数据的轻量可视化。 本文最后介绍了基于WebGL技术的三维管线管理原型系统实现，完善了原型系统的场景控制、量算、查询统计和管线分析功能模块，并以金华市三维管线数据为例进行了实验，验证了本文方法的有效性和可行性。

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