[发明专利]一种三维模型数据的瓦片式快速加载方法

说明书

技术领域

本发明属于地理空间信息系统技术领域，特别是涉及一种三维模型数据的瓦片式快速加载方法。

背景技术

三维GIS(Geographic Information System)是目前GIS的一个重要发展方向，它能进行多分辨率、多尺度和多时空的三维场景的直观表达，在精确建模和虚拟现实等高新技术的驱动下得到了稳步的发展。建立高精度、多分辨率、多时空、多细节层次模型的三维场景产生了海量、结构复杂和多尺度的三维模型数据，使得大范围三维场景的加载显示出现卡顿、缓慢的现象。而三维场景的高效加载是最为基础和关键的技术之一，直接影响着三维技术应用的发展前景。

为了加快三维场景的显示，提高渲染效率，将三维模型数据进行简化，按照一定的规则格网分割处理为三维瓦片虽然可以有效地减少内存消耗、计算量，但是随着三维模型的增长，其瓦片数量级十分庞大，通常可达到T甚至P数量级。面对如此庞大的数据，将其全部缓存到内存中是不现实的，因此进行大范围场景的高效可视化对计算机硬件和应用软件都提出了非常高的要求。

解决三维场景的快速加载难题，对于提升大范围三维场景的漫游速度、三维场景的流畅、逼真显示和人机交互体验有着重要意义。

目前，加快三维场景数据的加载可以通过提高缓存性能来实现：

(1)利用缓存置换算法剔除缓存中最不可能使用的瓦片。

良好的缓存置换策略可在很大程度上提高三维瓦片数据的访问与传输效率，缩短访问响应时间。三种最直接的置换策略是：第一种，最近最少使用LRU(Least Recently Used),将最长时间未被访问的瓦片移除，但是可能将用户偶尔访问的瓦片保留在缓存中；第二种，最不经常使用LFU(Least Frequently Used),将总访问次数最少的瓦片移除，但是可能将前期经常访问但以后不经常访问的瓦片长期保留在缓存中；第三种，先进先出FIFO(First In First Out)，将最先存储的瓦片移除，但是忽略了某一用户对特定区域长时间、高频度的访问，可能删除用户感兴趣的某一区域。此外，基于瓦片寿命和访问热度的缓存置换策略TCLEPR(Tile Cache Life TimeExcess and Popularity Replacement)将当前缓存中瓦片存活寿命超出平均缓存寿命最多的且访问热度最低的瓦片置换出缓存；面向网络GIS的最小价值空间数据缓存置换算法GDLVF(Lowest-Value First Cache Replacement for Geospatial Data)依据,[时间、访问频率、文件大小、空间数据的空间位置特征计算数据价值，移除价值最小的瓦片。但是这些方法在三维场景中只考虑了访问过的瓦片，未能考虑到预缓存数据的置换处理(文献1、2、3)；

(2)利用瓦片预测策略提高缓存数据的有效性。

最为常用的瓦片预测方法是邻近区域预取，即在空闲时下载与当前浏览区域相邻的瓦片，但是只考虑了平移操作，准确率低且容易导致网络拥塞。而Markov模型对用户的浏览进行预测，其准确率可以达到70％左右。采用一个Markov链描述所有用户的浏览特征，存储转移概率矩阵的复杂度是瓦片数量的平方，而且采用高阶转移矩阵所需的存储空间还会成倍增加。多Markov链将用户分为不同类别并用不同的马尔可夫链表示不同类别用户的浏览特征，减少存储空间、提高预测准确性。邻近选择Markov链(neighborselectionmarkovchain,NSMC)用前k次瓦片移动方向作为转移状态,假定所有瓦片具有相同的转移概率，模型简单，存储开销小，但是未充分考虑空间数据组织形式和空间地物的重要性。

[文献1]涂振发，孟令奎，张文.面向网络GIS的最小价值空间数据缓存替换算法研究.华中师范大学学报(自然科学版),2012.

[文献2]褚信，蔡阳军，杜震洪.用户行为选择参与的五层十五级瓦片缓存置换策略研究.浙江大学学报(理学版),2016.

[文献3]王浩，喻占武，曾武.基于瓦片寿命和访问热度的海量空间数据缓存置换策略.武汉大学学报信息科学版,2009.

发明内容

本发明目的在于针对三维模型数据由于贴图精度高、数据量大，在三维平台加载的过程中出现卡顿、显示不友好等现象，难以实现快速加载的难题，提出了一种三维模型数据的瓦片式快速加载方法，通过进行三维瓦片数据的及时、有效的缓存，提高了三维瓦片的加载效率。

本发明所采用的技术方案是：一种三维模型数据的瓦片式快速加载方法，其特征在于：包括以下步骤，