月球数据三维可视化系统及方法

摘要

本发明涉及一种月球数据三维可视化系统及方法,包括数据层，用于收集月球相关数据；服务层，用于响应用户请求加载所述相关数据，将相关数据分成多个块；渲染层，用于根据所述多个块生成多个瓦片，将所述多个瓦片进行拼接形成图片，对所述图片进行渲染；展示层，用于展示渲染后的图片。本发明有利于提高精度以及使用户体验佳。

说明书

技术领域

本发明涉及数据可视化与三维地理信息系统的技术领域，尤其是指一种月球数据三维可视化系统。

背景技术

探月工程不断壮大和发展，月球探测仪器传回的大量数据为构建月球可视化平台提供了素材，如何发布和展示这些数据便成了一个重要的研究课题。尽管苏联在1959年10月获得了第一张月球背面影像，但是月球数字化的进程非常缓慢。直到1998年数字地球的概念被首次提出，数字地球实现了将计算机科学技术融入到地理科学中，为统一协调地展示地球和处理地球信息提供了有的解决方案。而数字月球的概念是建立在数字地球的基础上的，它可以看作是数字地球的延伸和发展。

在数字地球的基础上，随着计算机科学、地理学、测绘学、环境科学等的不断发展，相关开发技术日益完善和丰富，对月球数据信息进行整合与可视也成了势不可当的趋势。但是目前数字月球平台的功能都比较局限，精度有待提高。大多数月球可视化系统只提供基础的形貌浏览功能，缺乏丰富性、完整性和成熟性。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中可视化平台精度低、功能单一、可操作性差的问题，从而提供一种可视化平台精度高、功能丰富、可操作性强的月球数据三维可视化系统。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种月球数据三维可视化系统，包括：数据层，用于收集月球相关数据；服务层，用于响应用户请求加载所述相关数据，将相关数据分成多个块；渲染层，用于根据所述多个块生成多个瓦片，将所述多个瓦片进行拼接形成图片，对所述图片进行渲染；展示层，用于展示渲染后的图片。

在本发明的一个实施例中，所述相关数据包括矢量数据、影像数据和地形数据。

在本发明的一个实施例中，所述服务层包括GIS地图服务和应用服务，所述地图服务使用GIS框架响应用户请求加载相关数据，所述应用服务用于将相关数据分成多个块。

在本发明的一个实施例中，所述渲染层包括地图引擎和图标库，所述地图引擎用于根据所述多个块生成多个瓦片，所述图标库用于将所述多个瓦片进行拼接形成图片，对所述图片进行渲染。

在本发明的一个实施例中，所述展示层包括图层显示与管理模块、地形显示与分析模块、地标显示模块、数据查询模块。

在本发明的一个实施例中，所述地形显示与分析模块中的地形分析包括：根据交互操作获取的起始点进行插值计算；根据插值点和起始点获取各点高程数据，并获取最大、最小高程值；添加贴地线的绘制，通过在场景中添加实体完成；根据上述数据进行图表绘制。

在本发明的一个实施例中，根据交互操作获取的起始点进行插值计算时，创建一个变量profile作为ECharts图表的配置信息以及在分析过程中储存数据的对象，包括X/Y轴数据、最大、最小高程值、插值后无高程的采样点集合、带有高程的可渲染的采样点集合，再设置一个采样点数目，进行插值计算，将计算得出的插值点的距离数据作为其在X轴上的位置保存。

在本发明的一个实施例中，所述地标显示模块提供了加载KML格式数据和加载网络矢量图层服务两种方式的地名显示。

在本发明的一个实施例中，所述数据查询模块中，通过Ajax请求GeoServer中发布的WFS服务要素信息，并运用CQL语句对要素进行过滤查询。

本发明还提供了一种月球数据三维可视化方法，包括如下步骤：收集月球相关数据；响应用户请求加载所述相关数据，将相关数据分成多个块；根据所述多个块生成多个瓦片，将所述多个瓦片进行拼接形成图片，对所述图片进行渲染；展示渲染后的图片。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的月球数据三维可视化系统及方法，包括：数据层，用于收集月球相关数据，从而有利于对数据进行处理；服务层，用于响应用户请求加载所述相关数据，将相关数据分成多个块，从而有利于对数据继续进行处理；渲染层，用于根据所述多个块生成多个瓦片，将所述多个瓦片进行拼接形成图片，对所述图片进行渲染，从而有利于提高精度；展示层，用于展示渲染后的图片，不但使用户体验佳，具有良好的拓展性，而且功能丰富、可操作性强。

其次，本发明采用浏览器/服务器模式，浏览器是客户端主要的应用软件，只有简单的输入输出功能，处理少量的部分事务；服务器处理系统功能的核心，整体不受限于客户端平台使用的硬件和操作系统，用户体验佳，具有良好的拓展性。

接着，在流畅地进行月球影像和地形的三维交互浏览的基础上提供了多种类型的漫游交互操作。用户可以自由地选择想要显示的图层，调节图层的透明度和显示顺序，丰富了系统的可交互性、灵活性。

再者，本发明在地形显示与分析方面支持地形着色和等高线的展示，并提供等高线的属性自定义功能。并结合ECharts以填充颜色的折线图形式对地形剖面进行了分析展示，用户可以利用鼠标交互自定义起始点，对某两点之间的地形起伏进行具体观察与分析。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明月球数据三维可视化系统流程图；

图2是本发明月球数据三维可视化系统的地形剖面分析效果示意图；

图3是本发明月球数据三维可视化系统的地标显示效果示意图；

图4是本发明月球数据三维可视化系统的数据查询效果示意图。

说明书附图标记说明：10-数据层，20-服务层，30-渲染层，40-展示层。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种月球数据三维可视化系统，包括：数据层10，用于收集月球相关数据；服务层20，用于响应用户请求加载所述相关数据，将相关数据分成多个块；渲染层30，用于根据所述多个块生成多个瓦片，将所述多个瓦片进行拼接形成图片，对所述图片进行渲染；展示层40，用于展示渲染后的图片。

本实施例所述月球数据三维可视化系统，包括：数据层10，用于收集月球相关数据，从而有利于对数据进行处理；服务层20，用于响应用户请求加载所述相关数据，将相关数据分成多个块，从而有利于对数据继续进行处理；渲染层30，用于根据所述多个块生成多个瓦片，将所述多个瓦片进行拼接形成图片，对所述图片进行渲染，从而有利于提高精度；展示层40，用于展示渲染后的图片，不但使用户体验佳，具有良好的拓展性，而且功能丰富、可操作性强。

所述相关数据包括矢量数据、影像数据和地形数据。

其中所述矢量数据中：月球地名数据包含含环形坑、月湾、月海、月洋、月沼、平原、坑链、山脊、月湖、峭壁、月溪、月谷、山脉、海角、反射率特征点、卫星坑、着陆点、中国人地名的shapefile文件格式。包含英文名称、中文译名、经纬度、直径、名称来源等信息；月球地质数据；月球地质数据：包括陨石坑边缘峰、埋藏的陨石坑边缘峰、裂缝、地堑、陡坡、断层、沟槽、裂谷和地貌。

所述影像数据中：影像数据多种多样，不仅包括月表影像和高程影像，还对一些矿物分布、地质分布地图进行了展示，并且可以对每一个图层调整显示顺序和显示透明度。

所述地形数据中，月球侦察轨道器(LRO)航天器上的仪器月球轨道器激光高度计获得的数据，来自LOLA的原始极地数字高程模型的彩色阴影浮雕地图，基于LOLA的数据得到的蓝色阴影浮雕高程地图。

所述服务层20包括GIS地图服务和应用服务，所述地图服务使用GIS框架响应用户请求加载相关数据，所述应用服务用于将相关数据分成多个块。

具体地，所述地图引擎是GIS地图服务，通过使用GIS框架响应用户请求加载数据集(栅格或矢量数据)，将图像切割成块发送回客户端后再进行渲染。

所述应用服务中，地图服务主要是本地地图服务，包括栅格和矢量数据，利用Geoserver、ArcgisServer和Tomcat发布。

所述渲染层30包括地图引擎和图标库，所述地图引擎用于根据所述多个块生成多个瓦片，所述图标库用于将所述多个瓦片进行拼接形成图片，对所述图片进行渲染。

具体地，所述地图引擎中，使用Cesium地形系统的一种由瓦片数据生成地形的技术，形成中等高分辨率的地形，每一个瓦片包含高度值信息，在边缘高度值进行重叠衔接，创建出无缝的地形。本系统采用采用cesiumlab进行地形切片并对地形文件进行查看的预处理，实现地形和网格叠加的效果。

所述图标库中，使用ECharts绘制将已有的地形数据以折线图的形式展示。

所述展示层包括图层显示与管理模块、地形显示与分析模块、地标显示模块、数据查询模块。

如图2所示，所述地形显示与分析模块中的地形分析包括：根据交互操作获取的起始点进行插值计算；根据插值点和起始点获取各点高程数据，并获取最大、最小高程值；添加贴地线的绘制，通过在场景中添加实体完成；根据上述数据进行图表绘制。

具体地，根据鼠标交互操作获取的起始点进行插值计算；根据插值点和起始点获取各点高程数据，并获取最大最小高程值；添加贴地线的绘制，通过在场景中添加实体完成；结合ECharts进行图表绘制。

本实施例中，通过在两点之间的线段上根据一定的间隔进行采样，计算每个点的高程，用图表进行展示。首先完成地形分析计算，再进行贴地线的绘制，然后再结合JS图表库ECharts进行地形高度分析的图表展示。

根据交互操作获取的起始点进行插值计算时，在进行地形分析前，创建一个变量profile作为ECharts图表的配置信息以及在分析过程中储存数据的对象，包括X/Y轴数据、最大、最小高程值、插值后无高程的采样点集合、带有高程的可渲染的采样点集合，再设置一个采样点数目，进行插值计算，将计算得出的插值点的距离数据作为其在X轴上的位置保存。

根据插值点和起始点获取各点高程数据，并获取最大最小高程值时，根据插值点和起始点获取各点高程数据然后作为Y轴数据保存。Cesium中有两种方法可以获取到地形的高度：sample Terrain和sample Terrain Most Detailed。前者获取非精确的地形的高度，而后者能获取精确的地形的高度。这两种方法都使用地理坐标Cartographic，和前面的步骤鼠标传过来的坐标一致。本发明采用sample Terrain Most Detailed查询高程信息，这种方法在地形数据集的最大可用平铺级别上初始化一个sampleTerrain()。所以能够查询到较为精确的高程值。请求这种查询以异步的方式发生，此函数返回在查询完成时解析的promise。创建defer对象利用Cesium.when机制用于异步结束后外部触发，deferred.resolve("done")触发后可以知道异步计算完成。

进行贴地线的绘制时，根据一定的间隔在整段线段上取点，根据插值点计算其具体经纬度，保存在数组中，通过地形计算出每个点的高程值，再进行对应的连线。由于上述已经进行过地形的分析，插值点的位置数据都已经获得，所以只需要在地形分析方法中加入贴地线的绘制即可，通过在场景中添加实体完成。

结合JS图表库ECharts进行地形高度分析的图表展示的具体方法为：由于profile对象中已经储存了关于绘制图表所需要的数据，而在ECharts进行折线图的绘制时就非常便捷。首先初始化echarts实例，再指定图标的配置和数据，声明变量option根据需要进行具体的配置。主要是对grid(用于定义直角系整体布局)、tooltip(气泡提示框)、xAxis(直角坐标系中的横轴)、yAxis(直角坐标系中的纵轴)、series(数据系列)进行配置。

如图3所示，本实施例中，所述地标显示模块提供了加载KML格式数据和加载网络矢量图层服务两种方式的地名显示。具体地，地貌类型选择有：环形坑、月湾、月海、月洋、月沼、平原、坑链、山脊、月湖、峭壁、月溪、月谷、山脉、海角、反射率特征点、卫星坑、着陆点、中国人地名。本发明由于提供两种地名显示模式，采用多选框的形式供用户选择想要显示的月球地名类型，可以满足用户个性化需求。

如图4所示，所述数据查询模块中，通过Ajax请求GeoServer中发布的WFS服务要素信息，并运用CQL语句对要素进行过滤查询。具体地，通过Ajax请求GeoServer中发布的WFS服务要素信息，并运用CQL语句对要素进行过滤查询。信息获取成功后将结果放入表格，并为表格每一行添加响应事件，点击后能够自动定位到该点具体位置并进行标记。

本实施例中，数据查询模块是通过Ajax请求GeoServer中发布的WFS服务要素信息，并运用CQL语句对要素进行过滤查询。信息获取成功后将结果放入表格，并为表格每一行添加响应事件，点击后能够自动定位到该点具体位置并进行标记。在WFS请求规范中，声明图层的名称来获取对应的要素服务信息，以用逗号符进行分隔以获取多个图层的WFS信息。将中文转为Unicode编码后，再使用通用查询语言CQL进行查询过滤。

本发明在数据查询方面，摒弃了传统的数据库连接进行事务查询的方法。利用了geoserver中的WFS规范，采用此服务获取要素信息，并且运用通用查询语言CQL进行过滤查询，使用ajax技术实现数据的传输并返回查询结果，实现发布网络图层服务的同时，解决了查询数据并返回结果的障碍。

实施例二

基于同一发明构思，本实施例提供了月球数据三维可视化方法，其解决问题的原理与所述月球数据三维可视化系统类似，重复之处不再赘述。

本实施例提供一种月球数据三维可视化方法，包括：

步骤S1：收集月球相关数据；

步骤S2：响应用户请求加载所述相关数据，将相关数据分成多个块；

步骤S3：根据所述多个块生成多个瓦片，将所述多个瓦片进行拼接形成图片，对所述图片进行渲染；

步骤S4：展示渲染后的图片。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。