吳德華,楊 冰,傅偉軍
(湖南城市學(xué)院城市規(guī)劃信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南益陽 413000)
基于MapGIS IGServer的二三維一體化人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)
吳德華,楊 冰,傅偉軍
(湖南城市學(xué)院城市規(guī)劃信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南益陽 413000)
人體經(jīng)絡(luò)由經(jīng)脈和絡(luò)脈組成,經(jīng)脈是經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)的主干,絡(luò)脈是經(jīng)脈的分支,經(jīng)絡(luò)是氣血運(yùn)行的通路,將人體的內(nèi)臟、體表等各個部分聯(lián)結(jié)為一個整體,而穴位就是這些通路上的重要點(diǎn)位,具有多層次、多組分的特點(diǎn),是一個復(fù)雜的空間系統(tǒng)[1-2]。因此,利用掛圖、石膏模型等傳統(tǒng)方式無法準(zhǔn)確表現(xiàn)經(jīng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和空間分布,也限制了經(jīng)絡(luò)知識面向公眾的普及[3]。
隨著計(jì)算機(jī)和傳感器技術(shù)的快速發(fā)展,為經(jīng)絡(luò)信息化奠定了基礎(chǔ)。早在20世紀(jì)90年代,余輪[4]就提出應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、三維動畫制作等方法建立人體經(jīng)絡(luò)模型。陳國棟[5]結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形技術(shù),采用OSG為圖形開發(fā)庫,選擇VC.NET為開發(fā)環(huán)境,構(gòu)建三維人體經(jīng)絡(luò)信息可視化平臺。鄭旭東[6]將人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng),為縮短傳輸響應(yīng)時(shí)間,提出上下文感知計(jì)算的三維場景傳輸,使系統(tǒng)響應(yīng)性和網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率得到提高。在傳感器方面,陳新、沈金志等[7-8]利用經(jīng)絡(luò)阻抗檢測儀獲得人體經(jīng)絡(luò)在體表的平面坐標(biāo),通過磁場跟蹤器得到經(jīng)絡(luò)的三維坐標(biāo),實(shí)現(xiàn)了人體經(jīng)絡(luò)在現(xiàn)場人體體表圖像上的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確顯示。綜上所述,當(dāng)前的人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)在經(jīng)絡(luò)位置信息獲取、三維可視化顯示和互聯(lián)網(wǎng)共享等方面技術(shù)較成熟,在一定程度上克服了掛圖和石膏模型的缺點(diǎn),但作為一個復(fù)雜的空間系統(tǒng),在空間分析方面仍顯不足。
人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)與城市公交系統(tǒng)相似,都是由點(diǎn)、線、面等空間要素構(gòu)成,可以將穴位看成公交站點(diǎn),將經(jīng)絡(luò)線看成公交線路,將體表看成城市表面,將人體看成整個城市系統(tǒng)。因此,借鑒城市公交地理信息系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對人體經(jīng)絡(luò)信息的高效管理。本文以當(dāng)前的人體經(jīng)絡(luò)信息化研究成果為基礎(chǔ),提出了當(dāng)前流行的WebGIS開發(fā)方式,即采用MapGIS IGServer作為WebGIS開發(fā)平臺,運(yùn)用Flex和搭建式二次開發(fā)技術(shù),設(shè)計(jì)二三維集成的人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng),促進(jìn)經(jīng)絡(luò)知識的推廣和應(yīng)用。
MapGIS IGServer是由中地?cái)?shù)碼公司推出的基于SOA技術(shù)的一款全新互聯(lián)網(wǎng)GIS開發(fā)平臺,具有跨平臺、多模式、易擴(kuò)展、開放式等特點(diǎn)[9]。MapGIS IGServer以MapGIS數(shù)據(jù)中心集成開發(fā)平臺為基礎(chǔ),采用面向服務(wù)的懸浮倒掛式平臺架構(gòu),支持.NET和Java兩種開發(fā)環(huán)境,提供了JavaScript、Flex、Silverlight、搭建式4種二次開發(fā)方式和二三維集成管理策略,實(shí)現(xiàn)了二三維數(shù)據(jù)的一體化管理,如圖1所示。
圖1 二三維集成管理
MapGIS IGServer采用柔性設(shè)計(jì)理念,以搭建式開發(fā)為主,JavaScript、Flex、Silverlight開發(fā)為輔的二次開發(fā)模式,提供了一個“零編程、巧組合、易搭建”的可視化開發(fā)環(huán)境[10]。搭建式開發(fā)就是將WebGIS集成到搭建平臺中,把滿足業(yè)務(wù)需求的工作采用拖拽插件的形式進(jìn)行資源配置,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)的定制,快速搭建原型系統(tǒng)[11-12]。Flex與Silverlight開發(fā)采用主流的RIA模式,以功能強(qiáng)大的Flex或Silverlight為基礎(chǔ),對開發(fā)接口進(jìn)行全面整合,在提高開發(fā)效率的同時(shí)提供炫麗的視覺體驗(yàn)。JavaScript開發(fā)分為J2EE和.NET兩大體系,采用Java或.NET進(jìn)行服務(wù)器端開發(fā),以JavaScript(Ajax)方式進(jìn)行客戶端編碼式開發(fā)。
1.數(shù)據(jù)采集
將傳感器技術(shù)應(yīng)用于經(jīng)絡(luò)穴位的空間定位,為經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集提供了保障。目前較成熟的方法是采用經(jīng)絡(luò)測試儀得到穴位的位置,用3傳感器/6自由度的磁場跟蹤儀獲得穴位的三維坐標(biāo),如圖2所示[2]。
圖2 人體經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)獲取
2.數(shù)據(jù)處理
依據(jù)人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)的空間特性,參照城市公交數(shù)據(jù)的處理和組織方式,對人體經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)按穴位點(diǎn)、經(jīng)絡(luò)線、體表面及區(qū)域等不同專題以目錄樹的形式進(jìn)行分層處理與組織[13]。
人體經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理用到的主要平臺是MapGIS K9地圖編輯器和Geodatabase企業(yè)管理器,并結(jié)合SQL Server、Access等關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理穴位、經(jīng)絡(luò)的空間、屬性信息。首先將采集的人體經(jīng)絡(luò)圖片導(dǎo)入企業(yè)管理器建立的人體經(jīng)絡(luò)空間數(shù)據(jù)庫中,然后在地圖編輯器中打開柵格圖片,從視覺的角度,將人體分為正面、背面、側(cè)面和頭部、軀干、四肢等不同的圖層,最后根據(jù)獲得的穴位點(diǎn)坐標(biāo),確定穴位在圖層中的位置,按不同經(jīng)絡(luò)連接穴位,實(shí)現(xiàn)經(jīng)絡(luò)線的矢量化,得到人體經(jīng)絡(luò)圖,如圖3所示。
圖3 人體經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理界面
3.三維建模
采集的人體各個部位的圖片利用Photoshop軟件對其進(jìn)行處理,為三維建模后進(jìn)行貼圖備用。整理穴位屬性數(shù)據(jù),建立Access人體經(jīng)絡(luò)穴位數(shù)據(jù)庫(如圖4所示),便于在三維場景平臺中對三維人體經(jīng)絡(luò)模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)操作。
圖4 人體經(jīng)絡(luò)穴位數(shù)據(jù)庫
建模采用Auto CAD對人體經(jīng)絡(luò)圖進(jìn)行矢量化,將CAD格式的人體經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到3ds Max中,將頂視圖、前視圖、左視圖、透視圖中的底圖按比例進(jìn)行調(diào)整,形成高度適宜的實(shí)體模型。依據(jù)建立好的人體模型給人體表面貼上紋理,以此獲得良好的視覺效果,如圖5所示。
圖5 人體經(jīng)絡(luò)三維建模
1.人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)
人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)采用面向服務(wù)的4層體系架構(gòu),以數(shù)據(jù)中心為內(nèi)核,提供人體經(jīng)絡(luò)空間數(shù)據(jù)和功能服務(wù),如圖6所示。
圖6 人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)體系架構(gòu)
用戶層可以在多種平臺運(yùn)行,通過HTTP進(jìn)行通信直接連接到IGServer,構(gòu)建基于IGServer的Web應(yīng)用,將人體經(jīng)絡(luò)信息展示在用戶瀏覽器上。
服務(wù)層是整個人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)架構(gòu)的核心,包括MapGIS WebService、OGC(開放地理空間信息聯(lián)盟)服務(wù)及第三方Web服務(wù)接口。用戶層以瀏覽器的方式發(fā)送服務(wù)請求,Web服務(wù)經(jīng)過響應(yīng)、接收請求后,將處理結(jié)果返回給客戶端。
基礎(chǔ)內(nèi)核層以數(shù)據(jù)中心集成開發(fā)平臺為核心,通過數(shù)據(jù)倉庫和功能倉庫提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和功能服務(wù),并負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)用戶層與數(shù)據(jù)層之間的通信。
數(shù)據(jù)層為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持,包括人體經(jīng)絡(luò)的空間及屬性數(shù)據(jù)。人體經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫不僅有HDF文件數(shù)據(jù)庫,還包括SQL Server、Access等數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)。IGServer使用SDE(空間數(shù)據(jù)庫引擎)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)數(shù)據(jù)的一體化管理。
2.人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
根據(jù)用戶對穴位查詢、空間分析和瀏覽的需求,將人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)分為二維人體經(jīng)絡(luò)查詢分析子系統(tǒng)和三維瀏覽子系統(tǒng),主要功能模塊包括圖形顯示、圖形編輯、數(shù)據(jù)查詢、視圖分析、三維瀏覽等功能模塊。圖形顯示模塊主要包括對人體經(jīng)絡(luò)圖的放大、縮小、刷新、鷹眼等操作;圖形編輯模塊允許用戶在人體經(jīng)絡(luò)圖中自主添加穴位點(diǎn),并輸入穴位信息保存在數(shù)據(jù)庫中,也可以刪除點(diǎn)位信息,以滿足經(jīng)絡(luò)教學(xué)的需要;數(shù)據(jù)查詢模塊使用戶能準(zhǔn)確找到穴位的位置并了解穴位的主要功能和治療方式,具體包括點(diǎn)擊查詢、拉框查詢、多邊形查詢、條件查詢、點(diǎn)擊條件查詢、拉框條件查詢、多邊形拉框查詢等;視圖分析模塊主要用于臨床診斷的輔助決策,包括穴位緩沖區(qū)分析、反射區(qū)分析、經(jīng)絡(luò)循行模擬和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能;三維瀏覽模塊為用戶提供了一個真實(shí)的人體經(jīng)絡(luò)環(huán)境,通過鼠標(biāo)操作可以實(shí)現(xiàn)三維人體經(jīng)絡(luò)模型的旋轉(zhuǎn)、放大、縮小、平移等操作。功能如圖7所示。
圖7 系統(tǒng)功能模塊
人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)以MapGIS K9 IGServer為地圖服務(wù)平臺,結(jié)合Flex和搭建式二次開發(fā)技術(shù),采用快速原型法快速構(gòu)建一個系統(tǒng)原型,在用戶與軟件開發(fā)者試用原型過程中不斷加強(qiáng)通信與意見反饋,反復(fù)評價(jià)、修改,完善系統(tǒng)原型,最終得到使用戶滿意的二三維一體化人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)。二維子系統(tǒng)主要用于信息查詢和空間分析輔助決策,如圖8所示。三維子系統(tǒng)主要經(jīng)絡(luò)用于瀏覽,如圖9所示。
圖8 二維人體經(jīng)絡(luò)信息子系統(tǒng)查詢界面
圖9 三維人體經(jīng)絡(luò)信息子系統(tǒng)瀏覽界面
本文借鑒城市公交地理信息系統(tǒng)的構(gòu)建方法,分層處理人體經(jīng)絡(luò)空間數(shù)據(jù),采用面向服務(wù)的多層體系架構(gòu),綜合使用Flex、搭建式開發(fā)方法,實(shí)現(xiàn)了二三維一體化的人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng),在滿足經(jīng)絡(luò)信息查詢和空間分析輔助決策的同時(shí),為用戶提供逼真的三維人體經(jīng)絡(luò)環(huán)境。
[1]黃洪海,陳國棟,劉鳳霞,等.人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)中的個性化信息服務(wù)研究[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程,2011,258(39):59-62.
[2]李鵬鋒,陳新.基于圖形變換的人體經(jīng)絡(luò)可視化[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2011,31(11):3035-3037.
[3]鄭紹華,陳國棟,林偉明,等.人體經(jīng)絡(luò)循經(jīng)感傳的三維虛擬仿真研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)仿真,2008,25(11):251-255.
[4]余輪,蔡光東,周霆,等.人體經(jīng)絡(luò)的三維數(shù)據(jù)模型和動畫顯示方法研究[J].中國圖象圖形學(xué)報(bào),1997,2(1):32-37.
[5]陳國棟,余輪.基于OSG的人體經(jīng)絡(luò)信息可視化平臺[J].微計(jì)算機(jī)信息,2009,25(3):172-174.
[6]鄭旭東,陳國棟,余輪.人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)中的三維場景傳輸策略研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2010,46(10):51-53.
[7]陳新.采用圖像匹配和三維跟蹤器的人體經(jīng)絡(luò)可視化方法[J].中國組織工程研究,2012,16(17):3143-3147.
[8]沈金志,陳新.人體皮膚經(jīng)絡(luò)定位與成像系統(tǒng)的研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2012,48(6):60-62.
[9]吳信才,劉修國,周順平,等.MapGIS IGServer原理與方法[M].北京:電子工業(yè)出版社,2012:7-13.
[10]吳信才.數(shù)據(jù)中心集成開發(fā)技術(shù):新一代GIS架構(gòu)技術(shù)與開發(fā)模式[J].中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,34(3):540-546.
[11]吳信才,張成,于海燕.搭建式GIS軟件開發(fā)及其對軟件工程的影響[J].測繪科學(xué),2010,35(4):157-159.
[12]王波,周順平,楊林.搭建式軟件開發(fā)技術(shù)研究與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件,2010,27(5):48-50.
[13]姬偉,吳信才,曹春香.國土資源數(shù)據(jù)中心動態(tài)目錄樹研究[J].測繪通報(bào),2012(2):74-76.
Design on Two and Three Dimensional Integrated Human Meridian Information System Based on MapGIS IGServer
WU Dehua,YANG Bing,F(xiàn)U Weijun
人體經(jīng)絡(luò)是一個與城市公交系統(tǒng)特點(diǎn)相似的空間系統(tǒng),可以借鑒城市公交地理信息系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對人體經(jīng)絡(luò)信息的高效管理。針對人體經(jīng)絡(luò)信息化建設(shè)在空間分析方面的不足,本文提出應(yīng)用WebGIS開發(fā)方式為用戶提供強(qiáng)大的空間分析輔助決策能力。系統(tǒng)選用先進(jìn)的MapGIS IGServer作為開發(fā)平臺,按專題分層組織空間數(shù)據(jù),以數(shù)據(jù)中心為內(nèi)核,采用面向服務(wù)的4層體系架構(gòu),運(yùn)用Flex和搭建式二次開發(fā)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了對經(jīng)絡(luò)信息的查詢定位、反射區(qū)分析、三維瀏覽等功能。試驗(yàn)結(jié)果表明,該系統(tǒng)不僅克服了當(dāng)前主流人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)空間分析能力弱的不足,而且實(shí)現(xiàn)了二三維人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)的一體化,能夠滿足不同用戶的需求,為構(gòu)建人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)提供了一種新方法。
三維;WebGIS;經(jīng)絡(luò);空間分析
P208
B
0494-0911(2014)10-0121-04
2014-07-29
湖南省教育廳科學(xué)研究一般項(xiàng)目(13C109);湖南省高校創(chuàng)新平臺開放基金(13K114);湖南省自然科學(xué)基金(13JJ6073)
吳德華(1976―),男,湖南岳陽人,博士,講師,主要從事空間決策支持研究。
吳德華,楊冰,傅偉軍.基于MapGIS IGServer的二三維一體化人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].測繪通報(bào),2014(10):121-124.
10. 13474/j.cnki.11-2246.2014.0347