基于X3D的虚拟现实地理信息系统设计研究

摘要

虚拟现实地理信息系统(VR-GIS)是地理信息科学领域的一个研究热点。由于一直缺乏统一的三维图形规范，传统VR-GIS存在以下三点不足：难以实现数据的分布式存储、共享与互操作；体系结构封闭，导致与其它相关系统集成困难；缺乏开放性，功能难以扩展。本研究旨在以新一代三维图形标准X3D为技术核心，利用XML数据组织与交换技术、Web Services、网络数据传输技术和Xj3D等相关支撑技术，开发一个开放式VR-GIS原型系统。 在对多种VR-GIS技术方案优缺点分析比较的基础上，重点剖析本研究所选择的X3D及其相关技术。探讨了基于X3D的三维空间数据共享与互操作问题，提出了采用金字塔分级和数据分块相结合的方式对DEM和DOM数据的存储管理，给出了基于X3D建模标准进行三维场景建模的方法。借鉴国内最新的研究成果，将VR-GIS分为分布式异构数据源、广义空间数据引擎、VR-GIS服务器和X3D客户端四个层次，设计了一个基于新一代三维标准X3D的四层分布式VR-GIS原型，试图从根本上解决传统VR-GIS存在的各种问题。 研究表明，基于X3D设计的VR-GIS比传统VRML、OpenGL等技术设计的系统具有很大的优越性：既能充分利用现有的数据资源，又能与OGC的数据互操作规范协调一致，易于实现分布式异构空间数据共享与互操作、与已有GIS系统的应用集成。基于X3D技术标准设计的VR-GIS原型系统具有极好的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1虚拟现实地理信息系统(VR-GIS)

1.1.1 VR-GIS的概念

1.1.2传统VR-GIS设计模式

1.1.3传统VR-GIS存在的问题

1.2基于X3D的VR-GIS

1.2.1新一代三维图形规范—X3D

1.2.2基于X3D设计VR-GIS的优势

1.2.3相关技术问题

1.3本文研究内容及国内外研究现状

1.3.1本文研究内容

1.3.2国内外研究现状

1.3.3本论文章节安排

第二章主要技术分析

2.1 X3D技术

2.1.1 X3D的概念

2.1.2 X3D的特性

2.1.3 X3D的设计目标

2.1.4 X3D的优势

2.1.5 X3D文档范例

2.1.6 X3D应用前景

2.2 VRML(GEOVRML)

2.3 3D API技术

2.3.1 OpenGL

2.3.2 Direct3D

2.3.3 Java3D

2.4 XJ3D 技术

2.4.1 Xj3D设计目标

2.4.2 Xj3D提供了丰富的底层网络组件

2.4.3 Xj3D是X3D强大的技术支持

2.5地理标记语言

2.5.1 GML技术概述

2.5.2 GML的目的

2.6分布式计算与数据共享

2.6.1分布式计算

2.6.2 Web Services

2.6.3 XML数据共享

第三章数据存储与三维场景建模

3.1三维空间数据模型

3.1.1数字高程模型

3.1.2高程矩阵

3.1.3不规则三角网

3.1.4 Grid vs TIN

3.2数据存储管理模式

3.2.1 DEM数据分块存储

3.2.2影像数据分块存储

3.2.3多分辨率的金字塔构建

3.3基于X3D的三维场景建模

3.3.1 X3D Geospatial组件

3.3.2数字正射影像图

3.3.3地物三维模型

3.3.4三维场景建模

第四章原型系统设计

4.1系统总体架构

4.1.1系统原型

4.1.2中间件

4.1.3两种软件结构

4.2广义空间数据引擎

4.2.1数据预处理模块

4.2.2 X3D文档生成器

4.2.3 DEM数据查询组件

4.2.4远程数据通信组件

4.2.5数据源读写组件

4.3 VR-GIS服务器

4.3.1 VR-GIS Web服务器

4.3.1 VR-GIS应用服务器

4.4 X3D浏览器

4.4.1插件方式

4.4.2独立程序

第五章应用实例

5.1系统实验环境

5.1.1系统的运行环境

5.1.2系统开发环境

5.2主要功能实现

5.2.1格网DEM数据的X3D建模

5.2.2 GML向X3D转化

5.2.3 HTTP隧道通讯

5.2.4非阻塞套接字通讯

5.2.5数据共享主要接口

5.3 C/S实现界面

5.4 B/S实现界面

第六章结论与展望

6.1研究工作总结

6.2本论文创新

6.3后续研究展望

致谢

参考文献

作者简介