• ISSN 0258-2724
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面向多样化终端的自适应网络三维可视化方法

张昀昊 朱军 李维炼 胡亚 刘铭崴

张昀昊, 朱军, 李维炼, 胡亚, 刘铭崴. 面向多样化终端的自适应网络三维可视化方法[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(5): 989-996. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180399
引用本文: 张昀昊, 朱军, 李维炼, 胡亚, 刘铭崴. 面向多样化终端的自适应网络三维可视化方法[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(5): 989-996. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180399
ZHANG Yunhao, ZHU Jun, LI Weilian, HU Ya, LIU Mingwei. Adaptive Web 3D Visualization Method for Diverse Terminals[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(5): 989-996. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180399
Citation: ZHANG Yunhao, ZHU Jun, LI Weilian, HU Ya, LIU Mingwei. Adaptive Web 3D Visualization Method for Diverse Terminals[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(5): 989-996. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180399

面向多样化终端的自适应网络三维可视化方法

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180399
基金项目: 国家重点研发计划资助项目(2016YFC0803105)
详细信息
    作者简介:

    张昀昊(1994—),男,博士研究生,研究方向为三维GIS与虚拟地理环境,E-mail:zhangyh0506@163.com

    通讯作者:

    胡亚(1980—),男,讲师,博士研究生,研究方向为虚拟地理环境与虚拟现实,E-mail:huya@home.swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: P208

Adaptive Web 3D Visualization Method for Diverse Terminals

  • 摘要: 随着移动互联网的快速发展,三维GIS (geographic information system)应用的用户终端设备类型日趋多样化,现有单一的网络可视化方法难以适应多样化终端需求.针对上述问题,本文首先设计了基于B/S (browser/server)模式的自适应三维可视化架构,然后重点探讨三维数据的多样化组织、自适应四叉树组织与动态索引构建、三维场景自适应调度等关键技术,最后基于WebGL技术构建原型系统并进行案例实验.实验结果表明:桌面端设备笔记本电脑的可视化渲染帧率最终稳定在40 帧/s左右;移动端设备平板电脑、智能手机的可视化渲染帧率最终稳定在20 帧/s左右;不同类型终端上进行网络可视化均能保证较高的可视化帧率及效果,证明了本文提出方法的有效性与可行性.

     

  • 图 1  面向多样化终端的自适应三维可视化B/S架构

    Figure 1.  Adaptive 3D visualization based on B/S structure for diverse terminals

    图 2  三维数据自适应组织方法流程

    Figure 2.  Description of 3D data adaptive organization method

    图 3  自适应四叉树组织方法流程

    Figure 3.  Description of adaptive quad-treeorganization method

    图 4  多样化终端上自适应可视化实时渲染帧率

    Figure 4.  Real-time rendering frame rate of adaptive visualization on diverse terminals

    图 5  笔记本电脑与平板电脑上自适应网络三维可视化效果

    Figure 5.  3D scenes of adaptive Web 3D visualization on laptop computer and tablet computer

    图 6  苹果手机上自适应网络三维可视化效果

    Figure 6.  3D scenes of adaptive Web 3D visualization on iPhone

    图 7  安卓手机上自适应网络三维可视化效果

    Figure 7.  3D scenes of adaptive Web 3D visualization on Android smart phone

    表  1  空间索引属性

    Table  1.   Properties of spatial index

    属性属性含义说明
    BoundingVolume当前节点的包围盒空间范围
    GeometricError当前节点渲染时的几何误差
    Children当前节点的子节点集合
    Content当前节点包含的三维模型内容
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    表  2  实验终端设备硬件配置

    Table  2.   Hardware configuration of experimental terminals

    设备类型屏幕尺寸/(× 2.54 cm)操作系统CPUGPU运行内存/GB
    笔记本电脑15.6Windows10Intel Core i7/2.6 GHZNVIDA Geforce960M16
    平板电脑7.9iOS 9苹果A8/1.5 GHZPower VR SGX5442
    苹果手机4.7iOS10.3苹果A9/1.8 GHZPower VR GT76002
    安卓手机5.2Android6.0Kirin955/1.8 GHZMali-T8803
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    表  3  各LOD层次模型纹理分辨率及DOM、DEM分辨率

    Table  3.   Resolutions of LODs models,DOM and DEM

    终端DOMDEMLOD0LOD1LOD2LOD3LOD4LOD5
    桌面256 × 25664 × 64256 × 256128 × 12864 × 64空白纹理
    移动128 × 12864 × 64256 × 256128 × 12864 × 6432 × 3216 × 16空白纹理
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    表  4  各LOD层次模型几何误差阈值

    Table  4.   Geometric error thresholds of LODs models

    设备类型LOD0LOD1LOD2LOD3LOD4LOD5
    笔记本电脑150755037.5
    平板电脑90453022.518
    智能手机6030201512
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    表  5  三维场景中各LOD层次模型及DOM、DEM初始数据量、数据比例

    Table  5.   Initial data amount and data amount proportion,of LODs models,DOM and DEM in 3D scene

    设备类型网络环境总数据量/MB数据量/MB,数据比例/%
    LOD0LOD1LOD2LOD3LOD4LOD5DOM+DEM
    笔记本电脑有线网络47.4316.39 ,12.66 ,7.37 ,2.78 , 8.22 ,
    34.5526.6915.545.86 17.36
    WIFI网络47.3916.39 ,12.66 ,7.37 ,2.78 , 8.18 ,
    34.5826.7115.555.87 17.29
    平板电脑WIFI网络18.17 2.79 ,2.68 ,4.27 ,3.09 ,0.86 ,4.48 ,
    15.3514.7523.517.014.7324.66
    苹果手机WIFI网络16.03 2.52 ,2.43 ,3.67 ,2.43 ,0.82 ,4.16 ,
    15.7215.1622.8915.165.1225.95
    4G网络15.87 2.48 ,2.42 ,3.63 ,2.43 ,0.8 ,4.11 ,
    15.5915.2322.8915.335.0525.91
    安卓手机WIFI网络15.28 2.34 ,2.44 ,3.27 ,2.49 ,0.9 ,3.85 ,
    15.3215.9721.3716.295.8825.17
    4G网络14.91 2.28 ,2.33 ,3.28 ,2.43 ,0.8 ,3.79 ,
    15.2815.6122.0416.35.3625.41
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    表  6  三维场景中各LOD层次模型及DOM、DEM数据量、数据比例、响应时间

    Table  6.   Data amount,data amount proportion and response time of LODs models,DOM and DEM in 3D scene

    设备类型网络环境总数据量/MB响应时间/s数据量/MB,数据比例/%
    LOD0LOD1LOD2LOD3LOD4LOD5DOM+DEM
    笔记本电脑有线网络46.9611.1414.15,11.3,9.64,3.59, 8.28,
    30.1324.0620.537.64 17.64
    WIFI网络46.4417.7213.07,11.02,9.22,4.88, 8.25,
    28.1423.7319.8510.51 17.76
    平板电脑WIFI网络17.4431.68 1.88,2.3,4.61,2.92,1.17,4.56,
    10.7713.1926.4416.746.7126.15
    苹果手机WIFI网络15.6822.96 1.95,1.99,3.15,2.88,1.37,4.34,
    12.4312.6920.0918.378.7427.68
    4G网络15.7324.36 1.88,2.02,3.33,2.88,1.36,4.25,
    11.9812.8221.2118.298.6427.06
    安卓手机WIFI网络14.9226.25 1.53,1.96,3.17,2.73,1.35,4.18,
    10.2613.1121.2318.329.0628.02
    4G网络14.5827.48 1.45,1.91,3.32,2.61,1.30,4.00,
    9.9313.0822.7717.878.8927.46
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  • 何正伟,吴华意,陈静. 基于Internet的大规模城市建筑三维场景可视化研究[J]. 系统仿真学报,2009,21(10): 2965-2970.

    HE Zhengwei, WU Huayi, CHEN Jing. Research on browsing large scale 3D scene of city buildings over internet[J]. Journal of System Simulation, 2009, 21(10): 2965-2970.
    ZHANG Z, FANG J, JING R. Interactive visualisation of 3D city models based on adaptive streaming of 3D-GIS data[C]//International Conference on Information Assurance and Security. [S.l.]: IEEE, 2009: 417-420
    LIU Mingwei, ZHU Jun, ZHU Qing, et al. Optimization of simulation and visualization analysis of dam-failure flood disaster for diverse computing systems[J]. International Journal of Geographical Information Science, 2017, 31: 1-16.
    朱军,尹灵芝,曹振宇,等. 时空过程网络可视化模拟与分析服务——以溃坝洪水为例[J]. 地球信息科学学报,2015,17(2): 215-221.

    ZHU Jun, YIN Lingzhi, CAO Zhenyu, et al. Network simulation and visual analysis of spatiotemporal process:a case study of dam-break flood routing[J]. Journal of Geo-information Science, 2015, 17(2): 215-221.
    TRUJILLO A, SUÁREZ J P, CALLE M D L, et al. Glob3 mobile: an open source framework for designing virtual globes on ios and android mobile devices[C]// Progress and New Trends in 3D Geoinformation Sciences. Berlin: Springer, 2013: 211-229
    NOGUERA J M, BARRANCO M J, SEGURA R J, et al. A mobile 3D-GIS hybrid recommender system for tourism[J]. Information Sciences, 2012, 215(18): 37-52.
    NOGUERA J M, SEGURA R J, OGÁYAR C J, et al. Navigating large terrains using commodity mobile devices[J]. Computers & Geosciences, 2011, 37(9): 1218-1233.
    SUÁREZ J P, TRUJILLO A, SANTANA J M, et al. An efficient terrain level of detail implementation for mobile devices and performance study[J]. Computers Environment & Urban Systems, 2015, 52: 21-33.
    CHATURVEDI K, YAO Z, KOLBE T H. Web-based exploration of and interaction with large and deeply structured semantic 3D city models using html5 and WebGL[C]//Wissenschaftlich-Technische Jahrestagung der DGPF und Workshop on Laser Scanning Applications. [S.l.]: DGPF, 2015: 296-306
    DEVAUX A, BRÉDIF M, PAPARODITIS N. A Web-based 3D mapping application using WebGL allowing interaction with images, point clouds and models[C]//International Conference on Advances in Geographic Information Systems. [S.l.]: ACM, 2012: 586-588
    SCHILLING A, BOLLING J, NAGEL C. Using glTF for streaming CityGML 3D city models[C]//InternationalConference on Web3d Technology. [S.l.]: ACM, 2016: 109-116
    王锋,潘德吉,王俊. 城市三维模型海量数据动态组织调度方法[J]. 中国科学院大学学报,2015,32(3): 409-415.

    WANG Feng, PAN Deji, WANG Jun. Dynamic dispatching and organization of massive data of urban 3D model[J]. Journal of University of Chinese Academy of Sciences, 2015, 32(3): 409-415.
    JIANG S, YANG B, SUN X. Multi-resolution representation of 3D complex building models with features preservation[C]//International Conference on Geoinformatics. [S.l.]: IEEE, 2011: 1-5
    朱庆,陈兴旺,丁雨淋,等. 视觉感知驱动的三维城市场景数据组织与调度方法[J]. 西南交通大学学报,2017,52(5): 869-876. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.05.005

    ZHU Qing, CHEN Xingwang, DING Yulin, et al. Organization and scheduling method of 3D urban scene data driven by visual perception[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2017, 52(5): 869-876. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.05.005
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-05-17
  • 修回日期:  2018-10-16
  • 网络出版日期:  2018-10-31
  • 刊出日期:  2019-10-01

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