建立WebGIS的月球三維可視化關(guān)鍵技術(shù)

邢麗平，左 維，李春來

(1中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；2中國科學(xué)院國家天文臺，北京 100012)

建立WebGIS的月球三維可視化關(guān)鍵技術(shù)

邢麗平1，2，左 維2，李春來2

(1中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；2中國科學(xué)院國家天文臺，北京 100012)

嫦娥工程獲得了大量月球探測數(shù)據(jù)。針對讓公眾用戶通過網(wǎng)絡(luò)獲取月球信息，更好了解月球知識的需求，地面應(yīng)用系統(tǒng)提出了建立基于WebGIS的月球三維可視化系統(tǒng)的解決方案。首先介紹了國內(nèi)外三維月球的發(fā)展現(xiàn)狀，詳細(xì)分析了開發(fā)WebGIS系統(tǒng)的客戶端和服務(wù)器端技術(shù)，重點闡述了月球空間數(shù)據(jù)模型和三維場景可視化渲染等三維GIS可視化關(guān)鍵技術(shù)，為建立我國的三維月球可視化系統(tǒng)提供了理論支持。

地理信息；三維可視化；WebGIS；月球；B/S

CN53－1189/P ISSN1672－7673

月球是距離地球最近的天體，是人類了解外太空的第一站，人類對月球的探測活動非?；钴S。20世紀(jì)冷戰(zhàn)背景下，美國和前蘇聯(lián)分別進(jìn)行了Apollo和Luna系列探月活動，從繞月到登月，從不載人到載人，取得了海量科學(xué)數(shù)據(jù)。自1976年起，隨著美蘇冷戰(zhàn)趨于緩和，月球探測進(jìn)入平緩期，人類開始總結(jié)以往探月活動的經(jīng)驗，吸取教訓(xùn)，改變策略并提出新的發(fā)展戰(zhàn)略。進(jìn)入21世紀(jì)，人類對外太空探索活動日益活躍，美國重新啟動了探月計劃，俄羅斯、印度、日本等國也相繼啟動了月球探測計劃。我國作為世界大國和主要航天國家啟動了“嫦娥工程”探月計劃。

嫦娥一號和嫦娥二號獲取了海量月球探測數(shù)據(jù)，如何發(fā)布和展示這些數(shù)據(jù)成為一個重要的研究課題。基于WebGIS的月球三維展示可以通過因特網(wǎng)再現(xiàn)月球的真實地形地貌，不僅可以使公眾通過網(wǎng)絡(luò)獲取月球信息，更好地了解月球，還有助于科學(xué)家方便快捷地下載科學(xué)數(shù)據(jù)對月球進(jìn)行定性和定量的研究，建立基于WebGIS的月球三維可視化系統(tǒng)對人類認(rèn)識和開展月球與深空探測活動具有重大意義。

本文在充分調(diào)研國內(nèi)外月球三維系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對建立基于WebGIS的月球三維可視化系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

1 WebGIS概述及其三維月球發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 WebGIS概述

WebGIS(網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng))是基于因特網(wǎng)平臺進(jìn)行空間信息發(fā)布、空間數(shù)據(jù)共享的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)。文[1]指出WebGIS是在WWW基礎(chǔ)上分布的跨計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的集成、傳播和溝通地理信息的系統(tǒng)。WebGIS主要包括數(shù)據(jù)瀏覽器和服務(wù)器兩部分，采用瀏覽器/服務(wù)器(Browser/Server，B/S)的組織結(jié)構(gòu)[2]。

WebGIS的使用者可以具有獨立的平臺和操作系統(tǒng)，通過簡單的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器就可以建立客戶端與服務(wù)器端的聯(lián)系，位于不同位置的多用戶可以獲取同一服務(wù)器上的數(shù)據(jù)，單用戶也可以獲取不同服務(wù)器上的數(shù)據(jù)，真正建立多對一和一對多的信息網(wǎng)，實現(xiàn)信息共享。同時可以通過對用戶設(shè)置權(quán)限開放不同安全等級的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的安全性。并且可以根據(jù)用戶需求進(jìn)行定制，更易于理解，增加人性化。與傳統(tǒng)GIS系統(tǒng)需要用戶終端有配套的硬件顯示設(shè)備相比減少了用戶開銷，負(fù)載均衡技術(shù)可以提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率[3]。

1.2 國內(nèi)外三維月球發(fā)展現(xiàn)狀

Google公司2005推出了C＼S結(jié)構(gòu)的地圖服務(wù)軟件Google Earth，用戶可以通過下載應(yīng)用查看地表影像。2008年，Google推出了瀏覽器插件程序(Plug-in)和應(yīng)用程序接口(API)，使Google Earth的影像可以嵌入瀏覽器中。2009年Google在“Google Earth5.0版”中添加了月球地圖功能，提供了月球地圖的完整展現(xiàn)，用戶還可以獲取登月點的信息，包括美國國家航空航天局提供的視頻等資料。

WorldWind是美國國家航空航天局發(fā)布的一個開源的地理科普軟件，它將NASA、USGS以及其它WMS服務(wù)商提供的圖像數(shù)據(jù)展現(xiàn)在一個三維地球模型上，這個三維地球模型類似于支撐圖像展示的骨架，圖像通過紋理貼圖附著在模型上。2005年10月World Wind 1.3.3版本增加了月球的3D地形顯示，可以在月球三維模型上瀏覽Clementine 40xx、Clementine 30xx和USGS提供的暈渲地形圖等數(shù)據(jù)。

美國亞利桑那州立大學(xué)的LROC研究團(tuán)隊建立了LROC數(shù)據(jù)的發(fā)布網(wǎng)站(http://lroc.sese.asu.edu/)開發(fā)了基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和幫助用戶瀏覽、查看、檢索和下載LROC數(shù)據(jù)的一系列工具，其中l(wèi)unaserv可以顯示三維月球數(shù)據(jù)。

日本KAGUYA 3D Moon是一個基于NASA World Wind開發(fā)的軟件，用Java語言開發(fā)，可以運行在Windows、MacOS等操作系統(tǒng)。該軟件在三維球體上覆蓋了全月地形照相機(jī)數(shù)據(jù)，同時提供全月激光高度計彩色、灰度地形圖，以及其它探測器獲取的局部數(shù)據(jù)。同時它還提供了一些元素的月表分布圖和全月布格重力異常圖，用戶可以自由選擇加載以上圖層。

我國自2004年啟動探月計劃，經(jīng)過嫦娥一號和嫦娥二號對月球的長期探測，已經(jīng)積累了海量探月數(shù)據(jù)。我國需要建立一個自主的基于WebGIS的數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)向科學(xué)家高效便捷地提供月球探測數(shù)據(jù)，向公眾展示月球表面提供科普服務(wù)，真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，為公眾更好地認(rèn)識研究月球提供一個良好的平臺。

2 開發(fā)WebGIS系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)

2.1 WebGIS客戶端技術(shù)

WebGIS系統(tǒng)的客戶端負(fù)責(zé)空間信息展示，與用戶交互和簡單的空間數(shù)據(jù)處理分析。動態(tài)服務(wù)器頁面(Active Server Page，ASP)、jsp、異步JavaScript和XML(Asynchronous JavaScript and XML，AJAX)、Flex等技術(shù)可用來開發(fā)客戶端，并且各有特色。

動態(tài)服務(wù)器頁面是一種服務(wù)器端腳本編寫環(huán)境，可以用來創(chuàng)建和運行動態(tài)網(wǎng)頁或網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。動態(tài)服務(wù)器頁面可以實現(xiàn)動態(tài)網(wǎng)頁，動態(tài)服務(wù)器頁面文件易于修改，由于服務(wù)器端動態(tài)服務(wù)器頁面解釋程序執(zhí)行動態(tài)服務(wù)器頁面程序并以HTML格式傳送到客戶端瀏覽器上，因此它可以跨瀏覽器。

JavaScript是一種面向?qū)ο蟮膭討B(tài)類型的區(qū)分大小寫的客戶端腳本語言，主要目的是解決服務(wù)器端語言遺留的速度問題，為客戶提供更流暢的瀏覽效果。它可以實現(xiàn)網(wǎng)頁和用戶之間實時、動態(tài)交互。JavaScript使網(wǎng)頁增加互動性。

異步JavaScript和XML是指一種創(chuàng)建交互式網(wǎng)頁應(yīng)用的網(wǎng)頁開發(fā)技術(shù)。異步JavaScript和XML能在不更新整個頁面的前提下維護(hù)數(shù)據(jù)。沒有改變的信息不會在網(wǎng)絡(luò)上重復(fù)發(fā)送，使得網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序能快速回應(yīng)用戶動作。將異步JavaScript和XML技術(shù)應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)三維GIS中瀏覽三維場景時，可以達(dá)到看到哪里、顯到哪里的實時顯示效果[4]。

Flex通常是指Adobe Flex，F(xiàn)lex偏向開發(fā)人員，具備方便的矢量圖形、動畫和媒體處理接口，容易做出具有豐富交互功能的應(yīng)用程序。

2.2 WebGIS服務(wù)端技術(shù)

WebGIS系統(tǒng)中服務(wù)器端由3部分組成，底層的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、中間層的地圖服務(wù)器和上層的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器負(fù)責(zé)存儲矢量、柵格、影像、文本等格式的數(shù)據(jù)。地圖服務(wù)器負(fù)責(zé)空間數(shù)據(jù)查詢、處理、渲染、業(yè)務(wù)邏輯處理，接受網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的請求，并進(jìn)行處理，最后把處理結(jié)果提交給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器端負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布空間數(shù)據(jù)，處理HTTP協(xié)議，處理完成后，將請求轉(zhuǎn)發(fā)給后臺的地圖服務(wù)器。接收地圖服務(wù)器處理結(jié)果，并通過HTTP協(xié)議發(fā)送給客戶端。

地圖服務(wù)器可以接收統(tǒng)一規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)(Web Map Service，WMS)和網(wǎng)絡(luò)要素服務(wù)(Web Feature Service，WFS)請求(request)，返回多種格式的數(shù)據(jù)向網(wǎng)絡(luò)中的客戶端提供地圖服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)要素服務(wù)是基于XML的網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)規(guī)范，是OGC制定的一系列的地理數(shù)據(jù)和操作軟件開發(fā)規(guī)范。網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)可以將地理數(shù)據(jù)生成圖像，返回圖層級的地圖影像，實現(xiàn)地理信息系統(tǒng)的開放性和互操作。網(wǎng)絡(luò)要素服務(wù)從地理集中提取要素特征，返回要素級的GML編碼，并提供對要素的增加、修改、刪除等事務(wù)操作，是對網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)的進(jìn)一步深入。

2.3 GIS開發(fā)平臺

1998年美國副總統(tǒng)戈爾提出“數(shù)字地球”概念后，三維GIS空前發(fā)展起來，計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展也促進(jìn)了三維GIS技術(shù)的進(jìn)步，同時涌現(xiàn)一大批三維GIS平臺軟件。其中國外的三維GIS軟件有:Google Earth和skyline、World Wind、Virtual Earth、ArcGIS Explorer等，而國內(nèi)的地理信息廠商也紛紛推出了自己的產(chǎn)品，如:UniGlobe、EV-Globe、GeoGlobe、VRMap、IMAGIS、Citymaker4、SuperMapiSpace等與國外GIS軟件爭奪市場。以下簡要介紹幾款GIS開發(fā)平臺軟件。

ESRI公司的ArcGIS Explorer最初是一個免費的虛擬地球瀏覽器，提供自由、快速的2D和3D地理信息瀏覽。后來通過繼承ArcGIS Server完整的GIS性能(包括空間處理和3D服務(wù))達(dá)到整合豐富的GID數(shù)據(jù)集和服務(wù)器空間處理應(yīng)用的目的。

Skyline是美國Skyline公司開發(fā)的基于網(wǎng)絡(luò)的一款三維GIS軟件，Skyline TerraSuite是一套獨立于硬件、多平臺、多功能的軟件系統(tǒng)，包括TerraBuilder、Terraexplore和TerraGate 3個組成部分。它可以將衛(wèi)星影像、航拍影像、DEM地形數(shù)據(jù)以及三維建筑模型、實時通信數(shù)據(jù)、地理空間信息等海量數(shù)據(jù)組合在一個虛擬地球上，并且支持二次開發(fā)。

與國外成熟完善的三維地理信息軟件相比，我國三維軟件建設(shè)雖然起步晚，但是發(fā)展迅猛，也涌現(xiàn)一批優(yōu)秀的三維GIS平臺軟件。如超圖公司的SuperMap，國遙新天地公司的EV-Globe等，在氣象、航空、軍事、農(nóng)業(yè)、航海等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。但是目前國內(nèi)許多三維GIS軟件是在開源軟件的基礎(chǔ)上改寫的，國產(chǎn)GIS軟件還需要朝自主創(chuàng)新努力。

開發(fā)月球WebGIS選用了Javascript作為客戶端開發(fā)技術(shù)，Weblogic作為服務(wù)器端技術(shù)開發(fā)平臺，ArcGIS Server以及國產(chǎn)的MGIS作為GIS開發(fā)軟件平臺。

2.4 月球三維GIS平臺的構(gòu)架

根據(jù)上文，提出了如圖1的系統(tǒng)構(gòu)架，嵌入瀏覽器中的ActiveX控件支持月球的三維顯示，支持矢量數(shù)據(jù)的放大、縮小、漫游等地圖操作，用戶在瀏覽器界面下通過鼠標(biāo)或鍵盤操作地圖。用戶動作通過網(wǎng)絡(luò)傳送到服務(wù)器端，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器處理HTTP協(xié)議，將地圖操作需求傳送給地圖服務(wù)器，地圖服務(wù)器分析用戶請求，將需要分析的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取，在地圖服務(wù)器中完成空間查詢、空間分析、地圖渲染、制作專題圖等用戶請求，并將處理結(jié)果返回網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，遵循網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端。

圖1 月球三維GIS平臺邏輯結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The logical-structure diagram of our design of a 3-dimensional GIS platform for the moon

在前期調(diào)研的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析用戶需求，進(jìn)行功能模塊設(shè)計。開發(fā)WebGIS 3D ActiveX控件，當(dāng)用戶第一次訪問頁面的時候，該控件自動下載到用戶電腦中，以后再訪問該頁面就不需重新下載。月球的三維展示及一些基本的GIS功能如縮放、平移等操作就由該控件在客戶端處理。同時要開發(fā)網(wǎng)絡(luò)頁面容器，將ActiveX控件和頁面容器整合到一起，集成友好的用戶界面。在GIS服務(wù)器端進(jìn)行部署，與相應(yīng)的地理數(shù)據(jù)庫相連，最后集成系統(tǒng)。

3 三維月球GIS可視化關(guān)鍵技術(shù)

3.1 月球GIS空間數(shù)據(jù)模型

空間數(shù)據(jù)模型是計算機(jī)能處理的空間數(shù)據(jù)組織形式，包括柵格數(shù)據(jù)模型和矢量數(shù)據(jù)模型。柵格數(shù)據(jù)模型是一種使用行、列和像元構(gòu)建空間要素的數(shù)據(jù)模型。矢量數(shù)據(jù)模型是用點及其x、y坐標(biāo)構(gòu)造空間要素的數(shù)據(jù)模型。矢量數(shù)據(jù)模型用點、線、面等幾何對象表述簡單的空間要素[5]。柵格數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，便于空間分析和地理現(xiàn)象模擬，易與遙感數(shù)據(jù)結(jié)合；存在的劣勢有數(shù)據(jù)量大，圖形投影轉(zhuǎn)換較難，顯示質(zhì)量差，不易表達(dá)空間拓?fù)潢P(guān)系。矢量數(shù)據(jù)模型與柵格數(shù)據(jù)模型相比有如下優(yōu)點:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊，冗余度小，便于網(wǎng)絡(luò)分析，圖形顯示質(zhì)量好，精度高，便于面向?qū)ο蟮臄?shù)字表示。但是它也存在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、信息復(fù)合難度大、對硬件要求高的缺點。

三維GIS中地形數(shù)據(jù)主要是數(shù)字高程模型(DEM)和數(shù)字正射影像圖(DOM)，數(shù)字高程模型和數(shù)字正射影像圖都屬于典型的柵格數(shù)據(jù)[6]。CE-2衛(wèi)星共獲取了607軌圖像數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了100 km軌道、7 m分辨率影像數(shù)據(jù)的全月球100%覆蓋。地面應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)過精心處理制作了全月球7 m分辨率數(shù)字影像圖，并對全月球影像圖進(jìn)行分幅處理，共有746個標(biāo)準(zhǔn)分幅產(chǎn)品。在7 m標(biāo)準(zhǔn)分幅產(chǎn)品基礎(chǔ)上，重采樣為50 m，制作了50 m標(biāo)準(zhǔn)分幅產(chǎn)品(共188幅)和50 m全月球數(shù)字影像圖(全球一張)。這些高分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)和清晰的影像數(shù)據(jù)為構(gòu)建月表三維可視化系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)支撐[7]。嫦娥二號探月數(shù)據(jù)生產(chǎn)的數(shù)字高程模型柵格數(shù)據(jù)是構(gòu)建月球三維空間信息系統(tǒng)的骨架，對數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)的四叉樹結(jié)構(gòu)組織，建立水平分塊、垂直分層的金字塔結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合LOD技術(shù)實現(xiàn)月球表面地形三維快速顯示。月表的點狀地貌如環(huán)形坑、月湖、月沼等地貌名稱用矢量數(shù)據(jù)顯示。月球的矢量數(shù)據(jù)較少，主要是各種形貌的特征點數(shù)據(jù)，月表形貌特征數(shù)據(jù)可以按分層的方式組織，各層內(nèi)部分級控制，月球的矢量數(shù)據(jù)可同步月表地貌的放大、縮小、漫游等操作。

3.2 三維場景圖的組織

場景圖是以背景為畫面主體，沒有明顯地物特征的圖像。場景圖采用一種自頂向下、分層的樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織場景圖數(shù)據(jù)集，樹形結(jié)構(gòu)清晰直觀，符合人們對空間事物排序和組織結(jié)構(gòu)的一般認(rèn)知，可提升渲染效率。

樹形結(jié)構(gòu)為數(shù)字高程模型的數(shù)據(jù)帶來了層次關(guān)系，為加速數(shù)字高程模型的處理提供了條件，是構(gòu)造基于視點的多分辨率模型的基礎(chǔ)。在目前的三維地形場景實時簡化算法中，主要依靠樹形層次模型完成場景簡化。樹形結(jié)構(gòu)的層級模型不僅表示了原始模型，同時包含了原始模型的各種不同精細(xì)程度的簡化版本。LOD細(xì)節(jié)層次模型是一種圖形生成加速的方法。它是指對同一個場景或場景中的物體，通過具有不同細(xì)節(jié)的描述方法得到一組模型，以供繪制時選擇使用。運用LOD模型可以減輕網(wǎng)絡(luò)傳輸和計算機(jī)的壓力，實現(xiàn)三維場景的快速實時繪制。LOD技術(shù)結(jié)合數(shù)字高程模型的四叉樹結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的分層數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)三維地形的流暢顯示。LOD級別越高，地形數(shù)據(jù)分辨率越高，三維顯示精度也越高，反之亦然[8]。

基于平面映射模型，將月球分為東西兩個半球，對每個半球沿經(jīng)緯線均分為4個地塊，每個地塊又可以沿經(jīng)緯度剖分為4塊，如此遞歸剖分全球，直到需要的精度為止。用四叉樹結(jié)構(gòu)組織剖分地塊，這樣生成兩棵四叉樹分別與東西半球?qū)?yīng)，剖分的格網(wǎng)對應(yīng)月球影像。數(shù)字高程模型可以表現(xiàn)月表地形的起伏狀況，月表影像紋理映射到對應(yīng)的地形塊上完成月表的三維顯示。以LOD模型加速顯示三維月表，距離視點越近的地形塊的LOD級數(shù)越高。LOD級數(shù)高，視點范圍小，但是對應(yīng)的地形分辨率高，可以獲得較高的三維顯示精度，視點的上移，地塊的LOD級別變低，視點范圍變大，可以獲得大范圍低精度的月表三維顯示。

3.3 三維場景圖的調(diào)度技術(shù)

視點驅(qū)動三維場景調(diào)度技術(shù)使用戶看到的三維場景是連續(xù)的[9]，一般來說，自動將視點周圍的地塊裝入緩存區(qū)，等視點移動到該范圍時將該地塊范圍調(diào)入，同時判斷視點的活動，定位到下一個地塊。在動態(tài)渲染過程中，隨著視點移動，需要不斷更新數(shù)據(jù)頁中的數(shù)據(jù)塊，如果移動過程中視點高度發(fā)生變化，還要重新計算視場范圍，切換到相應(yīng)尺度的數(shù)據(jù)層進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。

三維場景的動態(tài)調(diào)度技術(shù)可以使前臺得到平滑、近實的三維場景顯示。用戶的交互操作如鍵盤、鼠標(biāo)等改變的攝像機(jī)參數(shù)和其他設(shè)置信息被讀入渲染模塊，并根據(jù)該參數(shù)計算月球場景，如果需要調(diào)入更高精度的場景節(jié)點，則將請求發(fā)送給后臺數(shù)據(jù)調(diào)度模塊，該模塊有請求和數(shù)據(jù)兩個隊列，其作用是協(xié)調(diào)后臺調(diào)度和前臺渲染。它的工作原理是:前臺用戶的操作向后臺發(fā)送一系列請求，數(shù)據(jù)調(diào)度模塊從請求隊列中獲取請求，生成該請求對應(yīng)的場景節(jié)點，并列入數(shù)據(jù)隊列中，數(shù)據(jù)隊列中的場景節(jié)點在后續(xù)的時間中被送入前臺渲染，實現(xiàn)前臺三維顯示。

3.4 三維場景可視化渲染技術(shù)

月面是連續(xù)的地形區(qū)域，由于地形區(qū)域在理論上是可以無限延伸的，不能將整個地形視為一個實體對象，而必須將地形劃分為小地形塊，小地形塊可以劃分為更小的塊，這樣就構(gòu)成了分塊分層模型。典型的地形渲染算法有實時優(yōu)化自適應(yīng)格網(wǎng)(Realtime Optimally Adapting Meshes，ROAM)和四叉樹算法。實時優(yōu)化自適應(yīng)格網(wǎng)是一種基于二元等腰直角三角樹的算法，等腰直角三角形是其基本數(shù)據(jù)單元，通過直角頂點向斜邊做垂線，遞歸二叉剖分形成具有層次結(jié)構(gòu)的二元三角樹。四叉樹算法是一種典型的樹狀結(jié)構(gòu)算法，根節(jié)點分出四個分支，再由各個分支各自分出四個分支，遞歸分到葉節(jié)點為止。

4 結(jié)束語

我國探月工程取得了巨大科學(xué)、工程成果，獲取了海量月球探測數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具有重大的科學(xué)研究價值。本文調(diào)研了國內(nèi)外月球三維可視化系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，提出結(jié)合WebGIS的特性建立我國自主的月球空間信息三維可視化系統(tǒng)，為公眾更好地了解月球，研究者獲取月球探測數(shù)據(jù)提供便利。

一個完整的WebGIS系統(tǒng)由客戶端、服務(wù)器端和數(shù)據(jù)層3部分構(gòu)成，各部分有相應(yīng)的開發(fā)技術(shù)，這些技術(shù)各有優(yōu)劣，需結(jié)合用戶需求，平衡軟硬件設(shè)施選擇合適的開發(fā)平臺和技術(shù)。本文總結(jié)了建立三維GIS可視化系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)模型和三維可視化渲染等關(guān)鍵技術(shù)，空間數(shù)據(jù)模型是三維地形展現(xiàn)的基礎(chǔ)，實時優(yōu)化自適應(yīng)格網(wǎng)和四叉樹等地形渲染算法可以快速實現(xiàn)地形渲染，視點驅(qū)動的三維場景調(diào)度技術(shù)可以看到哪里顯到哪里，可實現(xiàn)更好的人機(jī)交互。通過這些關(guān)鍵技術(shù)的討論給出了總體的技術(shù)解決方案，為我國月球空間信息三維可視化系統(tǒng)的建設(shè)提供理論技術(shù)支持。

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Key Technologies of a WebGIS-Based 3D Visualization System for the Moon

Xing Liping1，2，Zuo Wei2，Li Chunlai2
(1.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China；2.National Astronomical Observatories，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100012，China，Email:xinglp＠bao.ac.cn)

Data of the moon in a large amount have been recorded in the Chang’E lunar exploration project.To meet the public need of better understanding the moon through the Web，the Ground Application System proposed solutions of 3-dimensional visualization systems for the moon based on the WebGIS.In this paper we first introduce the status of the development of visualization systems for the moon in China and abroad. We then analyze technologies and platform software components of developing clients and servers in the WebGIS. We choose the Javascript as the technology to develop a client，and choose the Weblogic as a platform to develop a server.We also use the ArcGIS Server and the MGIS GIS software of domestic origin as the development platforms in a design of a 3-dimensional visualization system for the moon.The paper focuses on key technologies of 3-dimensional GIS visualization，such as techniques of modeling 3-dimensional lunar data and algorithms of organizing/scheduling/rendering 3-dimensional scene graphs.A system according to our design organizes DEM and DOM lunar data with the pyramid data structure，and manages vector data(e.g.terrain names) hierarchically.It assigns two queues to accept user requests and send processed data，respectively.This ensures fluent and fast display of 3-dimensional scenes at a front end.The paper finally summarizes relevant technologies and outlines of the solution to support building 3-dimensional moon-visualization systems in China.

Geographic information；3-dimensional visualization；WebGIS；Moon；B/S

TP309

A

1672－7673(2014)03－0299－06

2013－09－29；

2013－12－13

邢麗平，女，碩士.研究方向:三維GIS可視化.Email:xinglp＠bao.ac.cn