三维数字地球的构建方法以及三维数字地球系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种三维数字地球的构建方法，包括步骤：S101、采集处理地理数据并保存，通过http服务或web服务发布处理后的地理数据；S102、整合所述地理数据的http服务或web服务，对所述地理数据三维可视化和虚拟化，并形成三维数字地球应用程序；将三维渲染能力虚拟化，实现三维数字地球在虚拟化环境中的GPU实时加速渲染；S103、通过使用所述三维数字地球应用程序获取三维数字地球的图像信息，以显示三维数字地球。本发明还提供了与如上方法相对应的三维数字地球系统。本发明将数字地球应用的大量数据传输问题简化为图片传输问题，消除了对客户端设备计算能力和存储能力的限制。
【专利说明】三维数字地球的构建方法以及三维数字地球系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及三维地理信息【技术领域】，尤其涉及一种支持桌面虚拟化应用的三维数字地球的构建方法以及相应的三维数字地球系统。
【背景技术】
[0002]三维数字地球是在传统地理信息系统技术的基础上，以真实三维场景虚拟现实，具有直观真实可视和高效等特点已在数字城市、数字海洋、导航等领域得到广泛应用。三维数字地球的可视化功能是数字地球的重要功能之一，它依赖大量精准的数据提供更为丰富逼真的信息，使各种用户结合自己相关的经验与理解就可以做出准确而快速的空间决策。三维数字地球海量数据的交互式真实感可视化能力和复杂空间数据分析能力对客户端计算机软硬件环境具有较高的要求，所以需要在运行三维地理信息应用程序的客户机安装图形显卡和其它较好的硬件配置才能获得较好的用户体验，而在一些便携设备如上网本、手机、平板电脑等设备上则运行不流畅或无法正常运行。
[0003]中国专利申请文件CN102945570A公开了一种全空间数字地球模型的构建方法，该方法首先采用网格剖分和插值的方式快速、自动的将地球空间实体模型在三维空间中构建出来，为了提升软件性能和减少数据渲染压力，采用基于L0D(Levels of Detail，细节层次模型)的地球空间模型多尺度表达机制，将数字地球三维可视化到计算机屏幕上。但是这类方法以及与此类似的其他方法主要侧重于研究如何提高客户端三维引擎的渲染效率，本质上是客户端渲染，对客户机的渲染能力、计算分析能力以及网络通信能力的要求仍然较高，该类方法无法应用于瘦客户机模式。
[0004]与此同时，随着云计算技术的快速发展，云计算技术中的虚拟化技术成为业界的研究热点，并且出现了支持瘦客户机的桌面虚拟化技术。将计算机的桌面进行虚拟化，以达到桌面使用的安全性和灵活性，可以通过任何设备，在任何地点，任何时间访问在网络上的属于我们个人的桌面系统。但是目前主流的桌面虚拟化技术在3D图形应用程序方面很难满足客户的需求，这也使得三维数字地球在移动设备上使用成为一个瓶颈问题。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种支持桌面虚拟化应用的三维数字地球的构建方法以及相应的三维数字地球系统，消除了对客户端设备计算能力和存储能力的限制，实现了三维数字地球应用程序与客户端设备配置无关的应用。
[0006]为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案:
[0007]一种三维数字地球的构建方法，包括步骤:
[0008]S101、采集处理地理数据并保存，通过http服务或web服务发布处理后的地理数据；
[0009]S102、整合所述地理数据的http服务或web服务，对所述地理数据三维可视化和虚拟化，并形成三维数字地球应用程序；将三维渲染能力虚拟化，实现三维数字地球在虚拟化环境中的GPU实时加速渲染；
[0010]S103、通过使用所述三维数字地球应用程序获取三维数字地球的图像信息，以显示三维数字地球。
[0011]其中，步骤SlOl具体包括:
[0012]采集地理数据，处理地形、影像、模型和矢量数据，使所述数据格式统一并适应三维场景渲染；通过统一空间编码方法使地形几何与纹理数据按照编码一一对应，对地形和影像数据进行多细节层次划分，使之能够适应大规模场景数据自动调度；
[0013]根据数据量大小和访问负载需求大小动态调配节点数；将地形数据、影像数据、模型数据发布为http服务，将矢量数据发布为web服务。
[0014]其中，步骤S102具体包括:
[0015]采用OpenGL编写基础数字地球引擎底层，将地理数据的http服务或web服务整合，经过软件开发形成三维数字地球应用程序；
[0016]对三维场景渲染形成三维数字地球的图像信息；
[0017]将所述图像信息回传到一虚拟机的应用程序端。
[0018]其中，步骤S102中，首先将所述图像信息压缩处理再回传到一虚拟机的应用程序端，然后在所述虚拟机中解压所述图像信息。
[0019]其中，通过远程控制协议将所述虚拟机与一客户端设备连接，由所述客户端设备通过使用所述三维数字地球应用程序，在客户端设备中显示三维数字地球。
[0020]本发明的另一方面是提供一种三维数字地球系统，包括:
[0021]数据服务集群，用于处理地理数据并保存，并且发布处理后的地理数据的http服务或web服务；
[0022]基础设施服务集群，包括宿主机以及由宿主机生成的虚拟机，所述宿主机配置有图形显卡；所述基础设施服务集群中还包括虚拟化渲染模块和远程数据传输模块，所述虚拟化渲染模块包括数据应用子模块和3D图形加速渲染集群，所述数据应用子模块整合所述数据服务集群发布的地理数据的http服务或web服务，形成三维数字地球应用程序并安装在所述虚拟机上；所述3D图形加速渲染集群用于将所述宿主机的三维渲染能力虚拟化，实现三维数字地球在虚拟化环境中的GPU实时加速渲染；所述远程数据传输模块用于实现所述虚拟机与所述宿主机之间信息的实时传输和交互。
[0023]其中，所述3D图形加速渲染集群为VMGL，所述VMGL包括VMGL客户端和VMGL服务器端，所述VMGL客户端在所述虚拟机中将图形处理命令发送给所述宿主机，所述VMGL服务器端在所述宿主机中实现加速渲染，将渲染完成后得到的图像信息回传到所述虚拟机。
[0024]其中，所述远程数据传输模块中还包括图像压缩和解压模块，用于将所述宿主机渲染完成后得到的图像信息先进行压缩处理再回传到所述虚拟机，然后在所述虚拟机中解压所述图像信息。
[0025]其中，所述数据服务集群包括数据处理子模块、数据发布子模块和数据库子模块，所述数据处理子模块用于处理地理数据，使所述地理数据格式统一并适应三维场景渲染；所述数据发布子模块发布处理后的地理数据的http服务或web服务；所述数据库子模块用于存储所述三维数字地球应用程序所需要的元数据和属性数据。
[0026]其中，所述虚拟机通过远程控制协议与一客户端设备连接，所述客户端设备用于通过使用所述三维数字地球应用程序，以显示三维数字地球。
[0027]与现有技术相比，本发明所提出的支持桌面虚拟化应用的三维数字地球构建方法，将三维地理数据的渲染放到虚拟机的服务器端，虚拟机客户端接收渲染结果并能实时交互控制，实现将数字地球应用的大量数据传输问题简化为图片传输问题，消除了对客户端设备计算能力和存储能力的限制，克服了现有技术中的三维数字地球应用程序对客户端设备配置性能要求高的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是本发明一实施例提供的三维数字地球系统框架结构示意图。
[0029]图2是本发明一实施例提供的三维数字地球在虚拟化环境中的数据渲染和交互流程图。
[0030]图3是本发明实施例中三维数字地球的构建方法的步骤流程图。
【具体实施方式】
[0031]如前所述，本发明的目的是为了解决现有技术中的三维数字地球应用程序对客户端设备配置性能要求高的问题，提出了一种支持桌面虚拟化应用的三维数字地球系统，将三维地理数据的渲染放到虚拟机的服务器端，虚拟机客户端接收渲染结果并能实时交互控制，实现将数字地球应用的大量数据传输问题简化为图片传输问题，用户通过客户端设备访问虚拟桌面中的应用程序，获得三维数字地球的图像信息，消除了对客户端设备计算能力和存储能力的限制。
[0032]下面将结合附图用实施例对本发明做进一步说明。
[0033]如图1所示，本发明实施例提供的三维数字地球系统包括数据服务集群1、以及基础设施服务集群2。所述基础设施服务集群2通过远程控制协议与一客户端设备3连接。所述数据服务集群I用于采集处理地理数据并保存，通过http服务或web服务发布处理后的地理数据；所述基础设施服务集群2用于整合所述地理数据的http服务或web服务，对所述地理数据三维可视化和虚拟化，并形成三维数字地球应用程序；所述客户端设备3用于通过使用所述三维数字地球应用程序，以显示三维数字地球。
[0034]其中，所述数据服务集群I包括多个数据服务器101 (数据服务器I?η)和数据库服务器102。所述数据服务集群I分为数据处理子模块103、数据发布子模块104和数据库子模块105。所述数据处理子模块102用于处理地理数据，使所述地理数据格式统一并适应三维场景渲染；所述数据发布子模块104用于发布处理后的地理数据的http服务或web服务；所述数据库子模块105用于存储三维数字应用程序所需要的元数据和属性数据。
[0035]其中，所述基础设施服务集群2包括宿主机201以及由宿主机201生成的虚拟机202。所述宿主机201配置有高性能的专业图形显卡203 (例如NVIDIA或ATI的高性能显卡)。所述基础设施服务集群2中还包括虚拟化渲染模块204和远程数据传输模块205。所述虚拟化渲染模块204包括数据应用子模块2041和3D图形加速渲染集群2042。所述数据应用子模块2041整合所述数据服务集群I发布的地理数据的http服务或web服务，形成三维数字应用程序2021并安装在所述虚拟机202上。所述3D图形加速渲染集群2042用于将所述宿主机201的三维渲染能力虚拟化，实现三维数字地球在虚拟化环境中的GPU(Graphic Processing Unit,图形处理器)实时加速渲染；所述远程数据传输模块205用于实现所述虚拟机202与所述宿主机201之间、以及所述虚拟机202与所述客户端设备3之间信息的实时传输和交互。
[0036]进一步的，所述远程数据传输模块205中还包括压缩模块2501和解压模块2502，用于将所述宿主机201渲染完成后得到的图像信息先进行压缩处理再回传到所述虚拟机202，然后在所述虚拟机202中解压所述图像信息。
[0037]具体的，所述3D图形加速渲染集群2402为VMGL (Virutal Machine GraphicsLibrary,虚拟机图形库)，如图2所示，所述VMGL包括VMGL客户端和VMGL服务器端，所述VMGL客户端获取三维数字地球应用程序的请求信息，在虚拟机处理线程中将图形处理命令发送给所述宿主机，所述VMGL服务器端调用宿主机处理线程，由VMGL渲染线程实现加速渲染，并将渲染完成后得到的图像信息进行压缩处理后回传到所述三维数字地球应用程序端。
[0038]本实施例中，所述客户端设备3用于让用户使用所述三维数字地球应用程序2021,以显示三维数字地球,可以选择是安装有远程桌面客户端的(针对windows、Iinux>android或IOS等系统开发远程桌面程序)PC机，瘦客户机、手机或平板电脑。
[0039]下面介绍与如上所述的三维数字地球系统响应的三维数字地球的构建方法，如图3所示，包括步骤:
[0040]S101、搭建数据服务集群1，采集处理地理数据并保存，通过http服务或web服务发布处理后的地理数据。在本实施例中，该步骤具体为:建立地理信息数据服务器(包括多个数据服务器101和数据库服务器102)，可分别为地形数据服务器、影像服务器、模型服务器、矢量服务器、数据库服务器和应用程序服务器；采集地理数据，处理地形、影像、模型和矢量数据，使所述数据格式统一并适应三维场景渲染；通过统一空间编码方法使地形几何与纹理数据按照编码一一对应，对地形和影像数据进行多细节层次划分，使之能够适应大规模场景数据自动调度，提高大规模数字地球三维场景的渲染效率；根据数据量大小和访问负载需求大小动态调配各种服务器的节点数；将地形数据、影像数据、模型数据发布为http服务，将矢量数据发布为web服务。
[0041]S102、整合所述地理数据的http服务或web服务，对所述地理数据三维可视化和虚拟化，并形成三维数字地球应用程序；将三维渲染能力虚拟化，实现三维数字地球在虚拟化环境中的GPU实时加速渲染。
[0042]该步骤具体为:
[0043]搭建基础设施服务集群2，由基础设施服务集群2的宿主机201生成的虚拟机202，所述宿主机201配置有高性能的专业图形显卡203 ;本实施例中，采用开源的软件基础结构Eucalyptus和虚拟机管理软件制作统一的操作系统镜像，生成虚拟机202，为每个用户创建虚拟机使用的用户配置信息并统一管理，实现操作系统虚拟化；
[0044]通过所述数据应用子模块2041在所述虚拟机中构建三维数字地球引擎，整合所述数据服务集群发布的地理数据的http服务或web服务，对所述地理数据三维可视化和虚拟化；通过所述3D图形加速渲染集群2042将所述宿主机的三维渲染能力虚拟化，实现三维数字地球在虚拟化环境中的GPU实时加速渲染。本实施例中，采用OpenGL编写基础数字地球引擎底层，将所述数据服务集群发布的地理数据的http服务或web服务整合到数字地球引擎，经过软件开发形成三维数字地球应用程序2021 ;采用支持虚拟化环境的开源OpenGL渲染加速技术VMGL为所述虚拟机提供硬件加速功能；将所述三维数字地球应用程序2021安装到生成的虚拟机202，通过虚拟机202运行三维数字地球应用程序2021，由虚拟机通过远程数据传输模块205向所述宿主机201发送交互和渲染命令，所述宿主机201的高性能显卡对三维场景渲染；所述宿主机201渲染完成后通过远程数据传输模块205将渲染结果回传到所述虚拟机201的应用程序端。进一步地，通过远程数据传输模块205中的压缩模块2501和解压模块2502，首先将所述图像信息压缩处理再回传到虚拟机202的应用程序2021端，然后在所述虚拟机202中解压所述图像信息。
[0045]S103、通过使用所述三维数字地球应用程序2021获取三维数字地球的图像信息，以显示三维数字地球。本实施例中，通过远程控制协议将所述虚拟机202与客户端设备3连接，由客户端设备3通过使用三维数字地球应用程序2021，在客户端设备3中显示三维数字地球。
[0046]在本实施例中，用户通过客户端设备3 (瘦客户端程序)向虚拟机202的应用程序2021发送应用请求，虚拟机应用程序2021根据请求内容，在虚拟机处理线程中将图形处理命令发送给所述宿主机201 ;宿主机201进行三维渲染，并将渲染完成后得到的图像信息通过压缩模块2501进行压缩处理后回传到虚拟机应用程序2021端；虚拟机应用程序2021同样通过解压模块2502将三维图像信息传回客户端设备3，而非三维信息(应用业务信息、程序界面信息等)由虚拟机202生成通过普通远程协议传回客户端设备3，三维信息和非三维信息和客户端程序共同构成用户可用的客户端设备3的应用程序，最终在客户端设备3中显示三维数字地球。
[0047]在另外一些实施方式中，另一种可选的压缩和解压缩方案是，宿主机201渲染的三维图像信息直接通过压缩模块2501和解压模块2502传回客户端设备3 (三维图像信息不经过虚拟机应用程序)，虚拟机202非三维信息通过普通远程协议传回客户端设备3，在客户端设备3中共同构成用户可用的客户端设备3的应用程序，最终在客户端设备3中显示三维数字地球。这种方式虚拟机的应用程序不会产生三维画面，节省一次压缩和解压缩工作。
[0048]综上所述，本发明所提出的支持桌面虚拟化应用的三维数字地球构建方法，将三维地理数据的渲染放到虚拟机的服务器端，虚拟机客户端接收渲染结果并能实时交互控制，实现将数字地球应用的大量数据传输问题简化为图片传输问题，消除了对客户端设备计算能力和存储能力的限制，克服了现有技术中的三维数字地球应用程序对客户端设备配置性能要求高的问题。
[0049]以上所述仅是本申请的【具体实施方式】，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
【权利要求】
1.一种三维数字地球的构建方法，其特征在于，包括步骤: 5101、采集处理地理数据并保存，通过http服务或web服务发布处理后的地理数据； 5102、整合所述地理数据的http服务或web服务，对所述地理数据三维可视化和虚拟化，并形成三维数字地球应用程序；将三维渲染能力虚拟化，实现三维数字地球在虚拟化环境中的GPU实时加速渲染； 5103、通过使用所述三维数字地球应用程序获取三维数字地球的图像信息，以显示三维数字地球。
2.根据权利要求1所述的三维数字地球的构建方法，其特征在于，步骤SlOl具体包括: 采集地理数据，处理地形、影像、模型和矢量数据，使所述数据格式统一并适应三维场景渲染；通过统一空间编码方法使地形几何与纹理数据按照编码一一对应，对地形和影像数据进行多细节层次划分，使之能够适应大规模场景数据自动调度； 根据数据量大小和访问负载需求大小动态调配节点数；将地形数据、影像数据、模型数据发布为http服务，将矢量数据发布为web服务。
3.根据权利要求1所述的三维数字地球的构建方法，其特征在于，步骤S102具体包括: 采用OpenGL编写基础数字地球引擎底层，将地理数据的http服务或web服务整合，经过软件开发形成三维数字地球应用程序； 对三维场景渲染形成三维数字地球的图像信息； 将所述图像信息回传到一虚拟机的应用程序端。
4.根据权利要求3所述的三维数字地球的构建方法，其特征在于，首先将所述图像信息压缩处理再回传到一虚拟机的应用程序端，然后在所述虚拟机中解压所述图像信息。
5.根据权利要求4所述的三维数字地球的构建方法，其特征在于，通过远程控制协议将所述虚拟机与一客户端设备连接，由所述客户端设备通过使用所述三维数字地球应用程序，在客户端设备中显示三维数字地球。
6.一种三维数字地球系统，其特征在于，包括: 数据服务集群，用于处理地理数据并保存，并且发布处理后的地理数据的http服务或web服务； 基础设施服务集群，包括宿主机以及由宿主机生成的虚拟机，所述宿主机配置有图形显卡；所述基础设施服务集群中还包括虚拟化渲染模块和远程数据传输模块，所述虚拟化渲染模块包括数据应用子模块和3D图形加速渲染集群，所述数据应用子模块整合所述数据服务集群发布的地理数据的http服务或web服务，形成三维数字地球应用程序并安装在所述虚拟机上；所述3D图形加速渲染集群用于将所述宿主机的三维渲染能力虚拟化，实现三维数字地球在虚拟化环境中的GPU实时加速渲染；所述远程数据传输模块用于实现所述虚拟机与所述宿主机之间信息的实时传输和交互。
7.根据权利要求6所述的三维数字地球系统，其特征在于，所述3D图形加速渲染集群为VMGL，所述VMGL包括VMGL客户端和VMGL服务器端，所述VMGL客户端在所述虚拟机中将图形处理命令发送给所述宿主机，所述VMGL服务器端在所述宿主机中实现加速渲染，将渲染完成后得到的图像信息回传到所述虚拟机。
8.根据权利要求7所述的三维数字地球系统，其特征在于，所述远程数据传输模块中还包括压缩模块和解压模块，用于将所述宿主机渲染完成后得到的图像信息先进行压缩处理再回传到所述虚拟机，然后在所述虚拟机中解压所述图像信息。
9.根据权利要求6所述的三维数字地球系统，其特征在于，所述数据服务集群包括数据处理子模块、数据发布子模块和数据库子模块，所述数据处理子模块用于处理地理数据，使所述地理数据格式统一并适应三维场景渲染；所述数据发布子模块发布处理后的地理数据的http服务或web服务；所述数据库子模块用于存储所述三维数字地球应用程序所需要的元数据和属性数据。
10.根据权利要求6-9任一所述的三维数字地球系统，其特征在于，所述虚拟机通过远程控制协议与一客户端设备连接，所述客户端设备用于通过使用所述三维数字地球应用程序，以显示三维数字地球。
【文档编号】G06T17/05GK103679813SQ201310698926
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】张宝运, 胡金星, 李晓明 申请人:深圳先进技术研究院