WebGL中在線動態地圖服務框架的設計

彭清濤 孫海永

作者簡介：彭清濤（1982—），男，本科，高級工程師，主要從事地理信息數據處理和地圖編制與出版研究。

摘 ?要：隨著無線通信技術的飛速發展，現代電子地圖逐漸向信息傳輸、地圖顯示、動態地圖等方面發展。因此，傳統的二維地圖已經不能滿足社會的需要，需要不斷完善在線動態地圖。基于瀏覽器技術的WebGL技術已經成為一種新的工具，可以幫助Web實現新的地圖引擎功能。基于GIS技術，可以設計出實時、高效、可擴展、安全可靠的地圖引擎。通過WebGL技術，可以繪制大量的矢量數據，這也可以提高服務器的加載速度。該文首先分析了在線動態地圖的功能，進而提出了相關算法，最后構建了一個在線動態地圖服務框架。

關鍵詞：WebGL ?在線動態地圖 ?服務框架 ?數字高程模型

中圖分類號：P208 ????文獻標識碼：A ?????文章編號：1672-3791（2021）12（c）-0000-00

Abstract： With the rapid development of wireless communication technology， modern electronic map has gradually changed to many aspects， such as information transmission， map display， dynamic map and so on. Therefore， the traditional two-dimensional map can’t meet the needs of society， which needs to constantly improve the online dynamic map. Based on browser technology， WebGL technology has become a new tool， which can help the web to realize new map engine functions. Based on GIS technology， we can design a real-time， efficient， scalable， safe and reliable map engine. Through WebGL technology， we can draw massive vector data， which can also improve the loading speed of the server. Firstly， this paper analyzes the function of online dynamic map. Then， this paper lists some algorithms. Finally， this paper constructs an online dynamic map service framework.

Key Words： WebGL; Online dynamic map; Service framework; DEM

社會信息化的快速發展和對空間信息需求的不斷增加，極大地推動了地理信息服務的快速發展[1]。在線地圖不再局限于瀏覽、查詢和檢索的基本要求，已逐漸轉變為提供海量數據、快速顯示、動態更新、可定制等功能。目前，GIS大多采用基于金字塔的矢量切片技術，要求用戶將數據上傳到國外服務器。基于數據安全的考慮，我國無法在國內相關GIS領域廣泛應用，這大大增加了GIS的研發成本[2]。基于WebGL技術，可以從海量數據的可視化和動態性方面尋求一個新的視角，解決矢量數據存儲、傳輸和渲染效率低下的問題。

基于WebGL技術，筆者開發了繪制地圖特征點、線和曲面的著色器，可以大大提高矢量切片地圖的渲染效率。通過WebGL技術，可以提高在線動態地圖平臺的穩定性，這已成為未來地圖服務的一個重要發展方向。

1 動態地圖的應用領域

在線動態地圖已經成為人們生活中的一個重要工具，可以應用于很多領域。第一，旅游地圖服務。例如：百度地圖和谷歌地圖可以幫助人們解決定位、導航和其他服務，如旅游和旅游。第二，它嵌入到各種生活娛樂服務應用程序中。諸如rookie wrap和meituan等應用程序在服務流程中嵌入了地圖，可以優化應用程序功能[3]。第三，公共場所的位置信息。交互式動態地圖可應用于購物中心、博物館、展覽館等公共場所，可提供特定位置的信息和服務。第四，科學和社會領域的信息和數據研究，包括地理、地質和氣象勘探和數據分析。第五，游戲場景。許多游戲將構建一個完整的虛擬世界，并使用地圖進行顯示[4]。

2 與在線動態地圖相關的數學算法

2.1 數字高程模型綜述

數字高程模型（DEM）是數字地形模型的一個子集，是地形的有限離散表示。DEM的數學表達式如公式1所示。

式中，X和Y表示地面點的二維坐標，Z表示坐標位置的點高程。數字高程模型的表達和組織非常簡單，已廣泛應用于三維GIS分析領域，如通視分析、三維透視、自動地形分割等[5]。

2.2 數字高程模型數據采集

在建立DEM模型之前，我們需要收集或測量地面點的三維信息。主要有以下幾種方法：地形圖數字化、地面測量、航空攝影測量和空間傳感器。目前，地形圖數字化和地面測量是最常用的方法，需要大量的人力。隨著科學技術的發展，航空攝影測量和空間傳感器測量可以利用傳感器獲取空間信息數據，這已成為未來的發展方向[6]。

2.3 數字高程模型

獲取地形數據后，可以建立地形表面的表面模型，即DEM數據建模。DEM曲面通常由表1中的多項式函數表示。

3 在線動態地圖服務框架設計

3.1 基于B/S模式的功能設計

該文主要分為客戶端和服務器端。客戶端主要提供三維場景漫游、場景快速可視化渲染、特征模型加載等功能。服務器主要提供數據預處理和存儲服務。系統功能如圖1所示。

3.2 在線動態地圖服務框架

在線地理信息服務體系結構決定了整個網格的穩定性和可擴展性，它定義了網格內和網格節點之間所有級別的協議和API。通過網格系統，我們可以實現在線動態地圖服務框架，具體如圖2所示。

3.3 總體技術框架

基于地理信息三維交互可視化服務，該文可以對WebGL進行三維可編程繪制過程，實現在線動態地圖。基于WebGL的在線動態地圖技術路線如圖3所示。

3.4 著色器編程

基于WebGL技術，我們編輯了OpenGL es，這是一個可編程的渲染管道。其中，頂點緩存和紋理對象是WebGL的核心內容，支持處理參數（VBO、紋理）的渲染任務[7]。著色器編程技術如圖4所示。

4 結語

地理信息服務改變了人們的生產和生活方式，這對資源管理、土地規劃等多方面都提出了要求。隨著無線通信技術的進步，在線動態地圖服務將逐漸成為地理信息技術的核心，也將給人類的生活和工作帶來極大的方便和實用性。

參考文獻

[1] 馬炅妤，李平，周啟，等.WebGL在線動態地圖服務框架設計[J].測繪通報，2019（1）：118-122.

[2] 王乃生，王凱，申傳慶.“天地圖·陜西”新冠肺炎疫情動態地圖設計與實現[J].測繪技術裝備，2020，22（3）：84-86.

[3] 朱林.基于安卓平臺的列車動態地圖軟件設計及實現[D].大連：大連理工大學，2018.

[4] 張祖偉，韓慶軍，劉明坤，等.軌道交通車輛乘客信息系統LCD動態地圖應用發展方向[J].數字通信世界，2020（2）：17-18.

[5] 林淑娟，李維慶，杜清運，等.流場動態地圖符號視覺變量分析與應用[J].測繪與空間地理信息，2020，43（3）：44-48.

[6] 張文潔.歷史動態地圖在高中歷史教學中的運用研究[D].南京：南京師范大學，2018.

[7] 王穎.面向多重特征變化表達的動態地圖符號設計[D].武漢：武漢大學，2018.

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