面向矢量瓦片的海量空间数据并行处理技术

随着地图测绘技术的发展,原始地图数据量呈现爆炸式增长,对地图数据处理的空间及时间效率提出了更高需求。针对上述需求,本文提出一种面向矢量瓦片包含矢量数据切图并行和矢量瓦片上传并行的两级并行处理技术。实验结果表明,此并行处理技术在提高矢量数据切图和矢量瓦片上传效率上有显著效果,在海量矢量数据的高效处理上,本文提出的方法是可行的。     

国产平台上GIS矢量绘制的多线程改造

为解决目前国产基础软硬件平台上GIS矢量地图绘制性能问题,本文尝试基于矢量瓦片技术,对MGIS的矢量绘制进行多线程改造,其中包括对矢量数据模型的瓦片化改造以支持并行计算。实验结果表明,本文提出的多线程改造技术能够大幅提升矢量地图可视化性能。     

基于浏览器的矢量数据可视化系统

WEBGIS是网络技术和GIS技术相结合的产物,采用服务器端与客户端相结合的混合构造模式。矢量地图预先渲染当前基于服务器绘制栅格化瓦片地图,然后由浏览器获取与显示。这种方式已无法满足浏览器上矢量地图动态制图、矢量地图无极缩放等功能的需求。针对矢量地图显示控制框架、矢量目标与注记的渲染和符号库及地图符号化进行研究,在HTML5技术的基础上构建基于浏览器的矢量数据可视化的系统原型。对矢量数据绘制和地图交互性关键技术进行验证,满足用户日益增长的RIA（Rich Internet Application）需求。     

基于HBase的瓦片索引和读取方法设计

地理信息瓦片数据规模庞大，传统的关系型数据库不足以满足对瓦片数据容量、速度的支持。针对这种情况，选取HBase存储瓦片数据，在以四叉树编码作为索引进行数据存储的基础上，提出一种多层级瓦片数据索引设计方法，该算法通过“异层级再编码”的方式，使在地图中空间相邻的瓦片数据在物理存储中也尽可能相邻，以达到瓦片数据的空间连续性在物理存储中得以保持的目的；提出一种邻域预读取方法，该方法配合索引设计，以批量读取的方式预先将邻域瓦片读取至缓存。实验表明，在用户连续读取相关联的地图数据的情况下，该方法比传统的缓存算法具有更高的命中率，且比传统的数据索引设计响应更快。     

基于Spark的大数据热图可视化方法

针对普通客户端浏览和分析大数据困难的问题,结合Spark和LOD技术,以热图为例提出一种面向大数据可视化技术框架.首先利用Spark平台分层并以瓦片为单位并行计算,然后将结果分布式存储在HDFS上,最后通过web服务器应用Ajax技术结合地理信息提供各种时空分析服务.文中重点解决了数据点位置和地图之间的映射,以及由于并行计算导致的热图瓦片之间边缘偏差这2个问题.实验结果表明,该方法将数据交互操作与数据绘制和计算任务分离,为浏览器端大数据可视化提供了一个新的思路.     

基于PostGIS的空间数据库设计与实现

PostGIS是开源对象关系型数据库系统PostgreSQL的扩展。本文基于PostGIS空间数据库,实现对矢量地图数据存储、管理和操作。搭建PostGIS空间数据库,以中国矢量地图数据为例,实现PostGIS数据库对矢量地图数据管理。     

基于矢量瓦片的点状要素注记处理技术

矢量瓦片体积小,可高度压缩,受网络带宽开销和存储空间的限制较小。地图瓦片化对桌面软件点注记处理带来挑战,不仅是点注记的处理存在重要注记被次要注记压盖、同级注记之间互相压盖、注记与要素压盖等问题,同时瓦片化也带来了注记被瓦片边缘截断显示不完全的问题,这些问题严重影响了地图的可读性和信息传递功能。本文针对以上问题总结了矢量瓦片点注记处理原则,通过设计矢量瓦片的组织结构,确定注记搭配表的JSON组织形式,明确矢量瓦片点注记的绘制流程,根据矢量瓦片特点使用四叉编码进行目标过滤,使用R树作为高效空间索引,并采用基于注记优先级的避障技术解决上述点注记处理带来的问题。     

一种矢量数据的双层次多尺度表达模型与检索技术

空间数据的多尺度表达是当代GIS研究的热点问题之一。该文针对矢量数据快速可视化的需求,结合制图综合领域的相关理论,提出了一种矢量数据双层次多尺度表达模型,用来将矢量数据抽象为空间要素和要素内的点坐标两个层次进行表达。其中空间要素层次的表达以空间要素为最小研究单元,通过建立多尺度索引来描述空间要素因尺度改变而引起的数量或性质变化;要素点坐标层次的表达则是以要素内坐标点为最小研究单元,通过尺度层次标记的方式来表达空间要素内的点坐标随尺度变化的渐变过程。该模型在开源数据库管理系统PostgreSQL支持下,扩展了相应的索引与函数,实现了矢量数据的双层次多尺度表达模型,同时设计了相应的检索算法,并以某城市1:10 000土地利用数据为例,对上述模型与检索算法进行了验证。实验结果表明,在基本不影响可视化效果的前提下,该矢量数据多尺度模型能极大地提高海量矢量数据的可视化与传输的效率。     

计量泵远程监控组态软件设计

计量泵被广泛应用于流体工业中,结合具体的计量泵网络化监控系统,为实现在上位机端对工业现场计量泵的远程监控和协调调度设计了一套软件系统。软件主要由数据服务器和可视化监控组态平台组成。数据服务器是监控软件与现场数据的交换中介;监控组态软件是主要的人机交互接口,直观地再现工控现场。数据服务器采用Java开发,包括通信实现、数据分析和交换、数据管理等功能模块;监控组态平台采用Qt开发,分为节点组态、矢量制图、属性组态、操作组态、策略组态等模块,着重实现图形界面系统组态模块。调试结果表明,该软件系统能够应用于计量泵远程监控系统中。     

二维瓦片矢量基对二次映射分布方法

针对基于对象存储系统中各个存储设备的性能差异,提出了一种二维瓦片矢量基对二次映射分布方法。首先,构建一组性能相同、容量无限的虚拟设备,并根据矢量基对分布模板将二维瓦片分布到M个虚拟设备中;然后,通过伪随机数发生器将M个虚拟设备中的瓦片均匀映射到[0,1）区间的M个等分区间;最后,根据真实设备的瓦片分布百分比将[0,1）区间划分成M个区间,并将映射到各个区间的二维瓦片分布到对应的真实设备中。     

基于联锁分块的大规模地形建模方法研究

针对已有MRLoD算法生成的地形=三角形网不稳定等缺点,提出了一种新的基于联锁分块的大规模地形建模方法,在对地形进行分块调度的基础上通过预先建立分块模板和分块联锁模板,渲染时动态匹配各模板建立平滑完整的分块模型,在分块调度及附加计算策略下,拼接各分块以完成整块地形的多分辨率建模,并以高效的方式将模型数据传人渲染硬件.实验表明,在满足了精度要求的同时提高了模型的稳定性,有效减少了实时计算量,在渲染效率上取得了令人满意的结果,能够满足用户对大规模地形的实时漫游的要求.     

瓦片四叉树和填充曲线实现海量地形数据管理

针对大规模地形数据庞大数据管理效率低的问题,提出一种瓦片四叉树和Z型、Hilbert填充曲线相结合的海量地形数据管理方法。基于粗粒度的瓦片四叉树能够实现地形实时快速绘制并很好保证数据的连续性;依据Z型和Hilbert填充曲线和数据块编码设计的无指针数据索引实现数据块的快速准确定位。此外,数据预测策略能够实现可见数据的实时调度。经实验验证该方法能够实现海量地形数据真实实时绘制。     

Large‐Scale Pixel‐Precise Deferred Vector Maps

Rendering vector maps is a key challenge for high‐quality geographic visualization systems. In this paper, we present a novel approach to visualize vector maps over detailed terrain models in a pixel‐precise way. Our method proposes a deferred line rendering technique to display vector maps directly in a screen‐space shading stage over the 3D terrain visualization. Due to the absence of traditional geometric polygonal rendering, our algorithm is able to outperform conventional vector map rendering algorithms for geographic information systems, and supports advanced line anti‐aliasing as well as slope distortion correction. Furthermore, our deferred line rendering enables interactively customizable advanced vector styling methods as well as a tool for interactive pixel‐based editing operations.     

Tileable BTF

This paper presents a modular framework to efficiently apply the bidirectional texture functions (BTF) onto object surfaces. The basic building blocks are the BTF tiles. By constructing one set of BTF tiles, a wide variety of objects can be textured seamlessly without resynthesizing the BTF. The proposed framework nicely decouples the surface appearance from the geometry. With this appearance-geometry decoupling, one can build a library of BTF tile sets to instantaneously dress and render various objects under variable lighting and viewing conditions. The core of our framework is a novel method for synthesizing seamless high-dimensional BTF tiles, which are difficult for existing synthesis techniques. Its key is to shorten the cutting paths and broaden the choices of samples so as to increase the chance of synthesizing seamless BTF tiles. To tackle the enormous data, the tile synthesis process is performed in a compressed domain. This not only allows the handling of large BTF data during the synthesis, but also facilitates the compact storage of the BTF in a GPU memory during the rendering.     

模板阴影体扩展方法

模板阴影体是矢量地图3维绘制的一种主要方法,使用线段、多边形等基本的几何图形在3维地形上叠加显示地图要素,因表示形式过于简单,导致其传递的地图要素信息十分有限。为此,对模板阴影体方法进行扩展,提出矢量地图在3维地形上的符号化叠加方法,以提供更丰富的矢量地图3维显示样式。首先,简述基于模板阴影体绘制矢量数据的基本原理。然后,提出对模板阴影体的扩展,包括保持符号边缘光滑的算法和符号轮廓描边、交叉压盖的处理方法。实验结果表明,该扩展方法能够实现矢量地图在3维地形上的实时叠加显示,符号化绘制显著提高了矢量地图显示效果。     

Capturing the dance of the earth: PolarGlobe: Real-time scientific visualization of vector field data to support climate science

This paper introduces a streamline visualization technique that empowers PolarGlobe, an interactive, virtual globe-based, multi-dimensional scientific visualization tool to facilitate the observation and visual inspection of changes in the climate in real time. Specifically, this technique achieves effective visualization of vector-based earth science data through an automated data processing pipeline which integrates novel strategies including random seeding, finer-granularity parallelization and real-time rendering. The random seeding strategy allows for a vivid visual effect and an interactive framerate regardless of the spatial resolution in the raw dataset. The visualization algorithm is designed to be naturally parallelizable by partitioning the rendering tasks of unsteady vector field into multiple subtasks such that high-performance rendering can be realized. The platform is capable of taking either irregular or regular gridded data as input, and through the proposed data (re)projection pipeline, an automatic transformation of spatially enabled scientific data from the original data projection to the 3D globe-based virtual space is achieved. A series of experiments was conducted to identify the best configuration of rendering parameters to achieve the optimal rendering performance and visual effect. The results demonstrated the scalability and capability of the proposed PolarGlobe system to visualize big and unsteady vector flow data across different spatial and temporal scales. PolarGlobe implements former Vice President Al Gore's vision of a digital earth that enables scientists and citizens across the world to interactively study our planet. We expect the methods and techniques presented in this work to contribute significantly to both the scientific visualization and climate science communities.     

海量地形数据的管理和交互策略优化

针对海量地形绘制中有限的计算机内存与海量地形数据之间的矛盾,对海量地形数据采用瓦片金字塔模型进行了建模,分析了瓦片最优值的选取,根据四叉树瓦片拓扑关系提出一种高效的四叉树瓦片检索方式,并给出了基于瓦片的数据压缩思路与方法。对海量地形数据与三维显示的交互策略从数据预装载、双缓存机制、多线程技术、内存优化等方面进行了分析和优化,并结合经典的Geometry Clipmaps算法进行了地形绘制,实验结果具有较好的渲染效果和较高的实时性,证明了优化策略的可行性和有效性。