基于webGL的三維地球的實現(xiàn)方案的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于webGL標準實現(xiàn)在瀏覽器上的三維地球展示的方法，該技術方案實現(xiàn)的大致步驟如下：首先，初始化一個球體并渲染一張全球的底圖作為整個三維地圖的雛形；然后根據(jù)用戶的操作(如拖拽，鼠標滾動)的操作改變視點的位置，根據(jù)視點位置計算當前視角內(nèi)所需要的地圖瓦片索引；將需要請求的地圖索引集合放入瓦片狀態(tài)管理器中，瓦片狀態(tài)管理器管理每一張地圖瓦片的生命周期，執(zhí)行器根據(jù)每張地圖瓦片數(shù)據(jù)的標志狀態(tài)處理瓦片數(shù)據(jù)；當?shù)貓D瓦片容器被填滿時，利用改進LRU算法釋放地圖瓦片數(shù)據(jù)所占用的內(nèi)存。
【專利說明】基于webGL的三維地球的實現(xiàn)方案

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)字地球【技術領域】，具體地說，是一種在瀏覽器上顯示三維地球的方 法。

【背景技術】
[0002] webGL是一種3D繪圖標準，該繪圖標準允許將腳本語言Javascript與著色語言 GLSL結合在一起。目前webGL已經(jīng)在主流瀏覽器上支持，這其中包括了谷歌瀏覽器、火狐瀏 覽器，Safari等瀏覽器。WebGL的出現(xiàn)使得在瀏覽器上展示三維效果不再需要瀏覽器插件 的支持，其直接利用底層的硬件加速對圖形進行渲染，為開發(fā)人員提供了與傳統(tǒng)三維桌面 應用同樣高效的圖形渲染速度，本發(fā)明利用這一技術的特點，提出了一種不同于傳統(tǒng)數(shù)字 地球實現(xiàn)方法的技術方案。
[0003] 數(shù)字地球技術的概念是1998年時任美國副總統(tǒng)的戈爾提出的，其是一個與GIS、 網(wǎng)絡、虛擬現(xiàn)實、三維技術，意在利用計算機技術、多媒體技術以及存儲技術為基礎、以網(wǎng)絡 為樞紐，運用大量的地理數(shù)據(jù)對地球進行多角度、多分辨率、多尺度、多時空的三維描述及 展示，以此來直觀地認識人類所居住的星球。近年來，數(shù)字地球的發(fā)展十分迅速，這一發(fā)展 與硬件水平的發(fā)展、完備的數(shù)據(jù)支持、用戶需求、網(wǎng)絡技術的發(fā)展息息相關。目前比較成熟 的三位數(shù)字地球解決方案有谷歌地球、worldwind等。
[0004] 麗S(Web地球位置服務）利用具有地理空間位置信息的數(shù)據(jù)制作地圖，其中將地 圖定義為地理數(shù)據(jù)可視的表現(xiàn)，地圖本身并不是數(shù)據(jù)。服務器端的地圖數(shù)據(jù)通常以jpg或 者png的格式的切片形式存儲。WMS為外部提供地圖數(shù)據(jù)服務，其根據(jù)一個來自客戶端的請 求，響應返回客戶端指定范圍的地圖圖像數(shù)據(jù)。
[0005] C0RS(跨域資源共享）是一種網(wǎng)絡瀏覽器的技術規(guī)范，其允許網(wǎng)頁從不同域訪問 其他資源，以避開瀏覽器的同源策略，是傳統(tǒng)JS0NP模式的替代品。
[0006] web墨卡托投影將地球的地圖數(shù)據(jù)定義為一張長寬都為40075. 0166855784的正 方形圖像，并對地圖數(shù)據(jù)進行分層。第〇層數(shù)據(jù)為一張256x256的圖像，其覆蓋范圍為全球。 第1層數(shù)據(jù)將全球數(shù)據(jù)平均分為4塊256x256的圖像，每塊覆蓋范圍為第0層數(shù)據(jù)覆蓋范 圍的1/4。第N層的地圖數(shù)據(jù)以此類推，層數(shù)越高，數(shù)據(jù)的分辨率越高，瓦片數(shù)據(jù)的個數(shù)越 多。
[0007] 使用web墨卡托地理坐標算出該地理坐標所對應的地圖瓦片索引號，其對應的計 算公式如下：
[0008]

【權利要求】
1. 一種基于webGL的三維地球的實現(xiàn)方法，利用webGL技術可以在支持webGL的瀏覽 器上使用三維數(shù)字地球，實現(xiàn)跨平臺跨瀏覽器的3D地球展示，其特征在于包括以下步驟： (1) 渲染一個可載入多層地圖瓦片數(shù)據(jù)的webGL三維球體； (2) 計算并請求當前視角下可見的瓦片數(shù)據(jù)； (3) 瓦片數(shù)據(jù)管理，定義一個狀態(tài)轉換機來控制管理一張瓦片數(shù)據(jù)從被請求、傳輸、傳 輸完成被渲染以及被釋放內(nèi)存的生命周期過程； (4) 瓦片數(shù)據(jù)存儲，定義了一個瓦片數(shù)據(jù)容器來存儲瓦片數(shù)據(jù)。 (5) 使用CORS異域請求技術令三維地球應用與瓦片數(shù)據(jù)服務器分開，客戶端與服務器 端的功能分離，保證模塊功能的獨立性。
2. 根據(jù)權利要求1中所述的方法，其特征在于： 步驟⑴中使用webGL技術，渲染一個可以載入多分辨率地圖數(shù)據(jù)的三維球體，該三維 球體可載入基于麗S協(xié)議的地圖數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)權利要求1中所述的方法，其特征在于： 步驟（2)中，利用當前視點所在位置計算視窗范圍內(nèi)的經(jīng)緯度范圍，根據(jù)該經(jīng)緯度范 圍請求對應的瓦片地圖數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)權利要求1中所述的方法，其特征在于： 步驟（3)中狀態(tài)變換機制使地圖瓦片在其生命周期內(nèi)在針對不同情況被執(zhí)行器執(zhí)行 不同的操作。配合改進的LRU算法，當瓦片容器滿時對不經(jīng)常使用的地圖瓦片進行剔除，釋 放內(nèi)存，使程序在運行期間所占用的內(nèi)存不會因為請求瓦片數(shù)量的增多而變大，保證了程 序的穩(wěn)定性和使用的流暢性。
5. 根據(jù)權利要求1中所述的方法，其特征在于：步驟（4)中瓦片容器存儲滿時對不經(jīng) 常使用的地圖瓦片進行剔除，釋放內(nèi)存。
6. 根據(jù)權利要求1中所述的方法，其特征在于： 步驟（5)中利用異域請求技術將三維數(shù)字地球與WMS服務器分開，使所有支持WMS的 服務器的地圖數(shù)據(jù)在三維地球上可視化，使服務器與三維地球二者的功能保證獨立性。
【文檔編號】G06T15/00GK104063900SQ201410235201
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權日:2014年5月30日
【發(fā)明者】唐娉, 李騰, 馮崢, 張正, 單小軍, 李宏益 申請人:中國科學院遙感與數(shù)字地球研究所