基于webGL的三维地球的实现方案的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种基于webGL标准实现在浏览器上的三维地球展示的方法，该技术方案实现的大致步骤如下：首先，初始化一个球体并渲染一张全球的底图作为整个三维地图的雏形；然后根据用户的操作(如拖拽，鼠标滚动)的操作改变视点的位置，根据视点位置计算当前视角内所需要的地图瓦片索引；将需要请求的地图索引集合放入瓦片状态管理器中，瓦片状态管理器管理每一张地图瓦片的生命周期，执行器根据每张地图瓦片数据的标志状态处理瓦片数据；当地图瓦片容器被填满时，利用改进LRU算法释放地图瓦片数据所占用的内存。
【专利说明】基于webGL的三维地球的实现方案
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数字地球【技术领域】，具体地说，是一种在浏览器上显示三维地球的方 法。
【背景技术】
[0002] webGL是一种3D绘图标准，该绘图标准允许将脚本语言Javascript与着色语言 GLSL结合在一起。目前webGL已经在主流浏览器上支持，这其中包括了谷歌浏览器、火狐浏 览器，Safari等浏览器。WebGL的出现使得在浏览器上展示三维效果不再需要浏览器插件 的支持，其直接利用底层的硬件加速对图形进行渲染，为开发人员提供了与传统三维桌面 应用同样高效的图形渲染速度，本发明利用这一技术的特点，提出了一种不同于传统数字 地球实现方法的技术方案。
[0003] 数字地球技术的概念是1998年时任美国副总统的戈尔提出的，其是一个与GIS、 网络、虚拟现实、三维技术，意在利用计算机技术、多媒体技术以及存储技术为基础、以网络 为枢纽，运用大量的地理数据对地球进行多角度、多分辨率、多尺度、多时空的三维描述及 展示，以此来直观地认识人类所居住的星球。近年来，数字地球的发展十分迅速，这一发展 与硬件水平的发展、完备的数据支持、用户需求、网络技术的发展息息相关。目前比较成熟 的三位数字地球解决方案有谷歌地球、worldwind等。
[0004] 丽S(Web地球位置服务）利用具有地理空间位置信息的数据制作地图，其中将地 图定义为地理数据可视的表现，地图本身并不是数据。服务器端的地图数据通常以jpg或 者png的格式的切片形式存储。WMS为外部提供地图数据服务，其根据一个来自客户端的请 求，响应返回客户端指定范围的地图图像数据。
[0005] C0RS(跨域资源共享）是一种网络浏览器的技术规范，其允许网页从不同域访问 其他资源，以避开浏览器的同源策略，是传统JS0NP模式的替代品。
[0006] web墨卡托投影将地球的地图数据定义为一张长宽都为40075. 0166855784的正 方形图像，并对地图数据进行分层。第〇层数据为一张256x256的图像，其覆盖范围为全球。 第1层数据将全球数据平均分为4块256x256的图像，每块覆盖范围为第0层数据覆盖范 围的1/4。第N层的地图数据以此类推，层数越高，数据的分辨率越高，瓦片数据的个数越 多。
[0007] 使用web墨卡托地理坐标算出该地理坐标所对应的地图瓦片索引号，其对应的计 算公式如下：
[0008]
【权利要求】
1. 一种基于webGL的三维地球的实现方法，利用webGL技术可以在支持webGL的浏览 器上使用三维数字地球，实现跨平台跨浏览器的3D地球展示，其特征在于包括以下步骤： (1) 渲染一个可载入多层地图瓦片数据的webGL三维球体； (2) 计算并请求当前视角下可见的瓦片数据； (3) 瓦片数据管理，定义一个状态转换机来控制管理一张瓦片数据从被请求、传输、传 输完成被渲染以及被释放内存的生命周期过程； (4) 瓦片数据存储，定义了一个瓦片数据容器来存储瓦片数据。 (5) 使用CORS异域请求技术令三维地球应用与瓦片数据服务器分开，客户端与服务器 端的功能分离，保证模块功能的独立性。
2. 根据权利要求1中所述的方法，其特征在于： 步骤⑴中使用webGL技术，渲染一个可以载入多分辨率地图数据的三维球体，该三维 球体可载入基于丽S协议的地图数据。
3. 根据权利要求1中所述的方法，其特征在于： 步骤（2)中，利用当前视点所在位置计算视窗范围内的经纬度范围，根据该经纬度范 围请求对应的瓦片地图数据。
4. 根据权利要求1中所述的方法，其特征在于： 步骤（3)中状态变换机制使地图瓦片在其生命周期内在针对不同情况被执行器执行 不同的操作。配合改进的LRU算法，当瓦片容器满时对不经常使用的地图瓦片进行剔除，释 放内存，使程序在运行期间所占用的内存不会因为请求瓦片数量的增多而变大，保证了程 序的稳定性和使用的流畅性。
5. 根据权利要求1中所述的方法，其特征在于：步骤（4)中瓦片容器存储满时对不经 常使用的地图瓦片进行剔除，释放内存。
6. 根据权利要求1中所述的方法，其特征在于： 步骤（5)中利用异域请求技术将三维数字地球与WMS服务器分开，使所有支持WMS的 服务器的地图数据在三维地球上可视化，使服务器与三维地球二者的功能保证独立性。
【文档编号】G06T15/00GK104063900SQ201410235201
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】唐娉, 李腾, 冯峥, 张正, 单小军, 李宏益 申请人:中国科学院遥感与数字地球研究所