模型基于分布式操作系统的三维城市模型组织方法(本科论文)

论文

《基于分布式操作系统的三维城市模型组织方法》

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文档信息

基于分布式操作系统的三维城市模型组织方法

目录

1相关研究工作

2三维城市模型分布式组织方法

三维城市模型分解为索引元数据、几何、材质、纹理

3实验与分析

4结束语

正文

数据库相关论文范文文献与基于分布式操作系统的三维城市模型组织方法相关毕业论文题目范文关于数据库及结构设计及模型方面的优秀学术论文范文数据库相关论文格式关于基于分布式操作系统的三维城市模型组织方法相关论文范文文献对写作数据库论文范文课题研究的大学硕士、本科毕业论文开题报告范文和文献综述及职称论文参考文献资料有帮助。

摘要 日益增长的三维城市模型在线实时可视化应用需求对大规模复杂三维城市模型的高效组织与管理提出了更高的要求传统基于“图层-对象”的组织方法没有考虑三维城市模型不同内容以及不同细节层次的粒度差异导致在网络环境下的传输效率很低难以满足网

络环境下多用户并发访问的流畅可视化需求.本文深入分析大范围漫游与小范围聚焦的不同用户体验特点提出了顾及用户体验的面向网络实时可视化的复杂三维城市模型数据自适应组织方法.该方法采用索引元数据统筹模型对象的组织与调度将小数据量的索引元数据和最粗一级模型数据打包传输 即时响应用户请求并将多细节层次的复杂三维模型依据视觉特点合理分解存储并渐进调度针对模型LOD和分解的对象设计结构统一的对象ID 隐式存储关联关系并支持分布式模型存储管理.以分布式数据MongoDB为平台进行实验验证了本文方法的可行性和有效性

关键字关键词三维城市用户体验实时可视化分布式数据组织组织方法

中图分类号 TP311

高效流畅的三维可视化是三维GIS的基本功能.然而在网络环境下面对成千上万并日益增长的访问用户传统的集中数据服务器有限的性能和网络带宽同多细节层次三维模型传输之间的矛盾日趋严重。

随着人类城市化进程向着立体化方向发展 以及测绘科学和计算机科学的进步.随着网络地图从简单二维矢量向分布的复杂三维模型的变化大规模复杂三

维城市模型的存储与管理方法成为近期研究焦点.现有的三维城市模型的组织方法数据粒度差异大效率不高 因此基于分布式操作

系统的特点本文提出了适用于分布式系统的三维城市模型数据自适应组织方法通过分析用户的体验价值减少无效数据传输量。

1相关研究工作

现有的数据组织方法只是针对“图层-对象”一级数据的组织与管理例如城市划分为建筑物、道路等图层在图层之间小范围建筑物和大跨度道路作为同层次的对象独立存储调度在建筑物图层内不同体积、不同细节层次的建筑物模型作为同层次的对象独立存储调度.模型之间离散存储和调度没有充分考虑不同类型数据以及不同细节层次下表达粒度的不一致导致数据调度粒度差异大传输效率低.已有方法通过将三维城市模型栅格化后分块组织虽然平衡了数据调度粒度却割裂了三维城市模型的完整性。

2三维城市模型分布式组织方法

元数据分内存卡层次结构组织

大规模三维场景实时可视化涉及海量的地形和模型数据而硬件的发展还不能完全满足用户对海量数据的调入与显示 因此要对场景数据进行合理的组织利用金字塔模型来组织瓦片地图数据很早就应用于遥感领域众多学者对此进行了深入的研究并取得了许多重要的成果.当前地形按照四叉树方式进行层次划分和管理 即将研究区域进行格网划分使每个格网块GRID划分大小为N*N N等于2n n为上一层的瓦片大小 .即对于一个区域如果要建立n个层次的LOD模型则第0层次包括1个四叉树节点第1层次包括4个四叉树节

点 第i层次包括4i个四叉树节点.每一个地形格网块通过唯一标识码进行索引地形格网块唯一标识码信息包含 L OD层、格网行号、格网列号.绘制端通过视距范围和LOD层号的映射关系首先确定当前需要调度的LOD层层号然后根据当前视域的经纬度范围和该LOD层的瓦片分割跨度计算格网的行号和列号最后根据得到的L OD层号、格网行号、格网列号生成需要调度的格网块ID从数据库中检索、调度瓦片数据。

如何撰写数据库本科论文

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将空间数据按照规则的网格将地理位置划分为多个块 同时这些块可以以一定的规则再次细分下去这样的规则网格划分方式构成了金字塔的概念.这样的数据组织模型让海量的GIS数据可以层层递进的方式显示有效的提高了数据使用的性能.在实际的数据生产中包含两类金字塔模型 360度金字塔模型和18度金字塔模型.360度金字塔模型的顶级瓦片只有一个瓦片该瓦片覆盖-180 -270180 90全球经纬度范围. 18度金字塔模型的顶级由10*20个瓦片构成每个瓦片的跨度为18度.两种金字塔模型均按照四叉树划分和组织 目前支持20层的数据抽析。

金字塔的数学基础通过XM L文件的方式来描述并传给客户端让客户端知道数据所采用的投影变换数学方法和格网划分方法其信息包括金字塔的基本元信息主要用于识别区分不同的金字塔金字塔

层之间的比例关系 以及顶级和底级的编号瓦片的相关属性包括瓦片的像素宽度和像素高度顶层瓦片所覆盖的范围等。

客户端获取模型瓦片数据解析出每一个模型元信息和最粗一级的模型数据并可视化随着视距的拉近用户需要看到更精细的模型几何和模型纹理.为了减小精细模型的调度粒度精细模型的几何、材质、纹理离散存储并渐进调度.模型几何对象存储几何对象ID、几何对象类型和几何实体数据其中几何实体包含关联的材质纹理ID.材质对象存储材质对象ID、材质类型、材质名称和材质实体数据材质类型包括简单材质、复杂材质和无材质简单材质主要针对单个面单张材质的情形复杂材质针对单个面多张材质混合的效果而无材质则代表纹理图片信息.材质体可以包含另一个材质对象例如简单材质的材质体可以包含一个无材质对象即纹理图片。

分布式多层次ID结构设计

三维城市模型分解为索引元数据、几何、材质、纹理割裂了其完整性.因此如何表达其关联关系从逻辑上表现其完整性并隐式组织其调度关系是ID结构设计的关键点和难点。

MongoDB的Obj ect ID分布式唯一标识码占用12个字节 03字节是从标准纪元开始的时间戳单位为秒.47字节是是服务器主机标识通常是机器主机名的散列值.78字节是同一台机器上多个实例的进程标识符PID.时间戳、机器ID和进程ID的9个字节保证了同一秒钟不同机器不同进程产生的ObjectId的唯一性.911字节是一个自动

增加的计数器保证同一秒内的ID是唯一的 同一秒钟最多允许每个进程拥有224等于个不同的ID.时间戳保证秒级唯一机器ID保证设计时考虑分布式避免时钟同步 PID保证同一台服务器运行多个实例时的唯一性最后的计数器保证同一秒内的唯一性.该ID结构设计虽然保证了对象标识的唯一性但存在如下两个问题 1元数据ID、几何ID、材质ID都单独生成无关联性 因此需要存储ID之间的映射关系例如模型有i级LOD则元数据中需要存储i个几何ID材质映射j级纹理则材质中需要存储j个纹理ID 因此存储的经济性不高 2无法检测ID是否重名.虽然该ID的设计方法极大程度的避免了ID同名但不可避免存在小概率的ID同名情况 以该ID结构设计需要遍历所有对象ID才能检测ID是否同名成本太大入库效率低。

为此我们提出了多层次ID结构该ID纵向上关联了各级LOD模型横向上关联了索引元数据、几何、多级材质纹理在保证ID唯一性的同时支持快速的重复检测满足分布式模型数据生产的要求。

分布式数据库存储结构设计

本实验平台采用分布式文件系统MongoDB数据库.MongoDB是一个基于分布式文件存储的非关系型数据库 旨在为W EB应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案.它具有高性能、易部署、易使用存储数据非常方便的特点.本文根据数据组织的逻辑模型设计了基于MongoDB数据库的物理存储模型。

首先 以每个城市某一数据库相关论文范文文献与基于分布式操作系统的三维城市模型组织方法相关毕业论文题目范文关于数据库及结构设计及模型方面的优秀学术论文范文数据库相关论文格式关于基于分布式操作系统的三维城市模型组织方法相关论文范文文献对写作数据库论文范文课题研究的大学硕士、本科毕业论文开题报告范文和文献综述及职称论文参考文献资料有帮助。

类地物为图层组织模型数据例如分为“武汉市_道路” 、 “南京市_建筑物”等为了保存图层信息需要建立图层元数据管理对象.其次针对每一个图层根据本文的分析分别建立索引元信息的瓦片集、几何数据集、材质数据集和属性集.针对共享的模型对象例如城市小品路灯、护栏等单独建立共享模型几何集和共享模型材质集。

3实验与分析

实验环境

实验场景选择武汉市某中心区域包含了三类不同粒度大小的典型模型数据第一是大型建筑几何粒度约550K第二是中型居民楼几何粒度约150K第三是城市小品如路灯、垃圾桶等几何粒度约60K.实验场景覆盖面积平方公里模型对象160个模型几何量31M模型纹理量59M模型被组织在一个格网内。

软硬件配置情况为数据库为版客户端为MongoDBC++版数据服务器CPU为IntelX5650处理器 内存为主频1600MHz12G硬盘为1

个7200转2T硬盘操作系统为Windows764位操作系统 网络为百兆局域网。

实验结果与分析

为了验证本文提出的组织方法的效率本文设计了两个实验进行验证.为了更好的说明本文方法的作用与第1节提到的当前最主要的两种方法――图层对象组织方法和基于R树索引的方法进行了详细的对比实验。

首先对于中的实验数据分别采用现有参考文献[1]中的“图层-对象”组织方法、参考文献[2]中的基于R树索引的组织方法二者与本文的组织方法进行对比实验.采用gDebugger测试工具对两个方法的组织的请求响应时间进行对比结果.对比的参数主要包括传输的数据量以及请求响应的时间.从结果来看对于同一个场景本文方法所需传输的元数据和最粗一级模型仅2 而传输完整模型需要90M 因此本文方法响应所需传输数据量小从而响应速度快.在请求的响应时间方面本文方法与另外两种方法相比 响应速度明显提高且内存缓存数据量小主要由于对三维模型索引元数据和最粗一级模型L OD按照格网打包组织以后只需要将场景范围内格网块取出并快速绘制最粗一级模型并不需要将场景格网内模型对象完整取出。

4结束语

复杂三维城市模型不同类型以及不同细节层次的粒度差异导致模型调度粒度不均匀在互联网环境下传输效率低无法支持互联网环