CN116166903A - 一种基于移动端的三维可视化平台及三维模型加载方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及可视化计算机技术领域，具体而言，涉及一种基于移动端的三维可视化平台及三维模型加载方法，可以解决目前三维模型精度高，数据体量大、结构复杂，导致在平台加载三维模型时出现缓慢、卡顿的现象，使得用户体验感较差的问题。平台包括：应用层、服务层、数据层及支撑层；应用层包括移动端的操作界面，三维模型数据的可视化显示及漫游操作，其系统功能包括基础功能、智能运维、视频监控及人员监控；服务层包括多种服务接口，通过http协议对数据层进行调用；数据层包括地理信息数据、建筑三维模型数据、运维管理数据、物联网传感器设备数据；支撑层包括操作系统、GIS系统、数据库软件、系统硬件设施及移动端设备网络设施。

Description

一种基于移动端的三维可视化平台及三维模型加载方法

技术领域

本申请涉及可视化计算机技术领域，具体而言，涉及一种基于移动端的三维可视化平台及三维模型加载方法。

背景技术

科技水平的不断提高为地理信息技术的发展积累了丰富的数据资源，地理数据获取能力有效提高，数据规模也逐渐扩大，可视化技术是结合计算机数据处理和图像显示技术的实践性信息技术，当数据以二维形式进行展示表达时，可视化与表达性存在短板。计算机图形学的兴起，为数据可视化技术的发展与突破提供了动力，可视化开始从传统的二维平面走向三维立体，三维可视化技术可以通过对数据进行实时渲染从而再现真实的物理世界，带给使用者更直观的感受，因此地理数据的可视化表达也逐渐由传统的二维空间发展到三维空间。

三维可视化平台广泛应用于社会生活各个领域，如数字城市、交通监控、环境监测、风景园林、矿产地质、水文等等，移动互联网在智能手机软硬件、5G网络技术的发展下逐渐占据主流，移动设备已经成为人们生活中不可或缺的重要工具，三维可视化开始向移动端发展，人们迫切需要从移动平台直接获取、处理、分析地理空间信息数据。

三维可视化技术以计算机技术为基础，关键在于建模，三维模型可以通过多种途径进行构建，根据建筑物的三维信息利用三维建模工具可以直接进行建模，能逼真的表示精细结构和材质特征，常用的建模软件有Autodesk公司的3dsMAX、Google公司的SketchUp等等；使用摄影测量方法可以获取大量复杂的三维城市模型几何信息与表面纹理信息，进行城市模型的三维重建；三维激光扫描方法可以获取被测目标的三维空间点云数据，通过一系列处理工作实现目标地物的三维模型可视化表达，三维可视化平台以模型为基础，实现三维漫游、分析、决策等基本操作，国内外相关GIS软件如ArcGIS，SuperMap，MapGIS等都有PC端的三维GIS系统，基于Directx和OpenGL等可视化工具也可以实现三维场景的绘制。

针对移动端的三维可视化平台，主要有原生开发模式(Native APP)和Web开发模式(Web APP)两种。大多数研究基于实际应用需要，面向不同领域进行设计，根据所需要的移动端操作系统，Android、IOS或Windows，选择不同的App开发语言和框架进行开发。基于OpenGL ES提供的接口实现三维可视化渲染。

但是，对于不同的行业应用和实际需要，移动端三维平台多基于特定的操作系统进行开发，可移植性较差，不能完成跨平台的操作，对于同一个操作系统而言，不同的版本可能需要开发不同的应用，维持多个版本的开发成本高，开发工作量大，开发周期长，原生App开发完成后需要发布上线，通过Appstore确认，经过审核通过后用户才能进行下载，导致部署麻烦，不能快速上线，在后期维护方面，不同操作系统、不同版本的APP同样需要分别进行更新操作，并重新上传至Appstore，用户重新下载安装后才能使用，维护成本也较高。

使得目前三维模型精度高，数据体量大、结构复杂，导致在平台加载三维模型时出现缓慢、卡顿的现象，使得用户体验感较差。

发明内容

为了解决三维模型精度高，数据体量大、结构复杂，导致在平台加载三维模型时出现缓慢、卡顿的现象，导致当前的移动端平台加载多源三维数据时间长、体验感较差的问题，本申请提供了一种基于移动端的三维可视化平台：

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种基于移动端的三维可视化平台，包括：应用层、服务层、数据层及支撑层；

所述应用层包括移动端的操作界面，三维模型数据的可视化显示及漫游操作，其系统功能包括基础功能、智能运维、视频监控及人员监控，用于接收客户端放的客户请求，并传输至服务层；

所述服务层包括多种服务接口，多种所述服务接口包括数据存储服务、数据检索服务、三维模型加载服务、场景动态渲染服务、空间分析服务、计算服务、量测服务及物联网服务，用于响应所述客户请求，并通过http协议对所述数据层进行调用，并提供至所述应用层；

所述数据层包括地理信息数据、建筑三维模型数据、运维管理数据、物联网传感器设备数据，用于为所述服务层提供数据源；

所述支撑层包括操作系统、GIS系统、数据库软件、系统硬件设施及移动端设备网络设施，用于作为软硬件支撑环境。

在一些实施例中，所述应用层采用B/S架构，B/S包括Web及GIS，用户端通过Web浏览器向Web服务器发送用户请求，Web服务器将GIS功能相关的所述用户请求发送至GIS服务器，所述GIS服务器通过所述数据层调用数据，对所述用户请求进行处理，并将处理结果回馈至所述Web浏览器中进行显示。

在一些实施例中，选用Cesium框架，已实现对多元三维模型数据的可视化显示及管理。

在一些实施例中，采用Web开发模式，基于HTML5+CSS+JS语言进行Web端界面设计与功能开发。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种基于移动端平台的三维模型加载方法，包括以下步骤：

接收客户端发送的用户请求；

响应所述用户请求，调用数据层数据，以得到建模信息；

根据所述建模信息调用所述数据层数据构建三维模型；

将所述三维模型发送至客户端。

在一些实施例中，所述建模信息包括距离信息，所述距离信息为场景中对象与摄像机的距离。

在一些实施例中，在所述根据所述建模信息调用所述数据层数据构建三维模型步骤中，还包括以下步骤：

根据所述距离信息确定对象的显示等级；

基于所述显示等级，加载对应显示等级等级的三维模型。

在一些实施例中，所述显示等级包括对应的显示细节及显示大小。

本申请的有益效果；通过对三维建筑模型和地理环境模型数据进行有效的整合管理，能在移动端平台实现多源数据的存储、管理和分析，为不同的应用方向提供多种数据支持，提升基础数据的管理水平，解决移动端平台加载多源三维数据时间长、体验感差的问题，实现大体量三维模型数据在移动端平台的快速加载，为平台用户提供良好的三维可视化交互体验感，将三维可视化技术与移动平台结合，在移动端进行三维模型数据的可视化与组织管理，同时接入物联网传感器数据，可以为不同类型的可移动复杂应用场景提供移动端的服务。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本申请一实施例提供的三维可视化平台的系统结构示意图；

图2示出了本申请一实施例提供的三维模型加载方法的流程示意图；

图3示出了本申请一实施例提供的三维模型构建的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、实施方式和优点更加清楚，下面将结合本申请示例性实施例中的附图，对本申请示例性实施方式进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例性实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，本申请中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本申请的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。

本申请中说明书和权利要求书及上述附图中的术语″第一″、″第二″、″第三″等是用于区别类似或同类的对象或实体，而不必然意味着限定特定的顺序或先后次序，除非另外注明。应该理解这样使用的用语在适当情况下可以互换。

术语″包括″和″具有″以及他们的任何变形，意图在于覆盖但不排他的包含，例如，包含了一系列组件的产品或设备不必限于清楚地列出的所有组件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它组件。

科技水平的不断提高为地理信息技术的发展积累了丰富的数据资源，地理数据获取能力有效提高，数据规模也逐渐扩大。可视化技术是结合计算机数据处理和图像显示技术的实践性信息技术。当数据以二维形式进行展示表达时，可视化与表达性存在短板。计算机图形学的兴起，为数据可视化技术的发展与突破提供了动力，可视化开始从传统的二维平面走向三维立体。三维可视化技术可以通过对数据进行实时渲染从而再现真实的物理世界，带给使用者更直观的感受。因此地理数据的可视化表达也逐渐由传统的二维空间发展到三维空间。

三维可视化平台广泛应用于社会生活各个领域，如数字城市、交通监控、环境监测、风景园林、矿产地质、水文等等。移动互联网在智能手机软硬件、5G网络技术的发展下逐渐占据主流，移动设备已经成为人们生活中不可或缺的重要工具。三维可视化开始向移动端发展，人们迫切需要从移动平台直接获取、处理、分析地理空间信息数据。

三维可视化技术以计算机技术为基础，关键在于建模。三维模型可以通过多种途径进行构建。根据建筑物的三维信息利用三维建模工具可以直接进行建模，能逼真的表示精细结构和材质特征，常用的建模软件有Autodesk公司的3dsMAX、Google公司的SketchUp等等；使用摄影测量方法可以获取大量复杂的三维城市模型几何信息与表面纹理信息，进行城市模型的三维重建；三维激光扫描方法可以获取被测目标的三维空间点云数据，通过一系列处理工作实现目标地物的三维模型可视化表达。三维可视化平台以模型为基础，实现三维漫游、分析、决策等基本操作。国内外相关GIS软件如ArcGIS，SuperMap，MapGIS等都有PC端的三维GIS系统。基于Directx和OpenGL等可视化工具也可以实现三维场景的绘制。

针对移动端的三维可视化平台，主要有原生开发模式(Native APP)和Web开发模式(Web APP)两种。大多数研究基于实际应用需要，面向不同领域进行设计。根据所需要的移动端操作系统，Android、IOS或Windows，选择不同的App开发语言和框架进行开发。基于OpenGL ES提供的接口实现三维可视化渲染。

对于不同的行业应用和实际需要，移动端三维平台多基于特定的操作系统进行开发，可移植性较差，不能完成跨平台的操作。对于同一个操作系统而言，不同的版本可能需要开发不同的应用，维持多个版本的开发成本高，开发工作量大，开发周期长。原生App开发完成后需要发布上线，通过Appstore确认，经过审核通过后用户才能进行下载，导致部署麻烦，不能快速上线。在后期维护方面，不同操作系统、不同版本的APP同样需要分别进行更新操作，并重新上传至Appstore，用户重新下载安装后才能使用，维护成本也较高，移动端处理性能相对较低，图形渲染能力较差，针对复杂场景和大数据量的三维模型的实时绘制，可能会出现渲染效果差、交互低效等问题，当前大多数移动端平台在研发过程中忽视了物联网技术的接入。

因此，针对上述问题，本申请提出了一种基于移动端的三维可视化平台，能够利用多源数据对地理环境和建筑物进行三维可视化建模，通过移动端平台实现对三维模型进行显示、管理、分析等基础功能，为智慧城市、智慧交通、智慧旅游、智慧园区等等提供移动端的建设平台，为城市管理和规划提供可视化的参考依据。

下面结合图1描述本申请提供的基于移动端的三位可视化平台。

图1示出了本申请一实施例提供的三维可视化平台的系统结构示意图。

如图1所示，所述平台，包括：应用层、服务层、数据层及支撑层；

所述应用层包括移动端的操作界面，三维模型数据的可视化显示及漫游操作，其系统功能包括基础功能、智能运维、视频监控及人员监控，用于接收客户端放的客户请求，并传输至服务层。

其中，应用层主要面向用户，是系统功能的具体实现。基于HTML5+CSS+JS开发，提供移动端的操作界面，三维模型数据的可视化显示与漫游操作，系统功能主要包括基础功能、智能运维、视频监控和人员监控四个模块，实现移动设备的浏览器端的多源三维模型数据的可视化显示及管理、地图浏览、空间查询分析等基础功能、智能设备监控管理等主要操作。

所述服务层包括多种服务接口，多种所述服务接口包括数据存储服务、数据检索服务、三维模型加载服务、场景动态渲染服务、空间分析服务、计算服务、量测服务及物联网服务，用于响应所述客户请求，并通过http协议对所述数据层进行调用，并提供至所述应用层。

其中，服务层以服务的形式为移动端三维可视化系统提供各种服务的实现接口。通过http协议对数据资源进行调取并提供给客户端使用，提供地理数据的存储服务、数据检索服务等。通过Cesium提供三维模型加载服务、场景动态渲染服务。此外还包括空间分析服务、量测服务、物联网服务等。

所述数据层包括地理信息数据、建筑三维模型数据、运维管理数据、物联网传感器设备数据，用于为所述服务层提供数据源。

其中，数据层主要包括地理信息数据、建筑三维模型数据、运维管理数据、物联网传感器设备数据等基本数据，为数据服务提供数据源。

所述支撑层包括操作系统、GIS系统、数据库软件、系统硬件设施及移动端设备网络设施，用于作为软硬件支撑环境。

其中，支撑层主要包括系统软件环境，如操作系统、GIS系统、数据库软件，系统硬件设施，移动端设备网络设施等。

在一些实施例中，所述应用层采用B/S架构，B/S包括Web及GIS，用户端通过Web浏览器向Web服务器发送用户请求，Web服务器将GIS功能相关的所述用户请求发送至GIS服务器，所述GIS服务器通过所述数据层调用数据，对所述用户请求进行处理，并将处理结果回馈至所述Web浏览器中进行显示。

其中，采用B/S架构建立移动端三维可视化平台，B/S架构即浏览器/服务器结构，Beowser指的是Web浏览器，极少数事务逻辑在前端实现，但主要事务逻辑在服务器端实现。

在一些实施例中，选用Cesium框架，已实现对多元三维模型数据的可视化显示及管理。

其中，为实现对多源三维模型数据的可视化显示及管理，本发明选择了Cesium框架。Cesium是基于WebGL开发的三维引擎，它可以跨平台、跨浏览器实现三维地球和二维地图数据显示，实现相关操作功能，同时具有动态数据可视化、图形渲染等优势。Cesium作为开源框架可以对功能进行扩展，具有灵活性。

在一些实施例中，采用Web开发模式，基于HTML5+CSS+JS语言进行Web端界面设计与功能开发。

其中，基于HTML5+CSS+JS语言进行Web端界面设计与功能开发，在web开发模式下，用户通过移动端的web浏览器向web服务器发送HTTP请求，web服务器将GIS功能的相关请求转发至GIS服务器，GIS服务器从数据库中读取数据、对请求进行相应处理，最后将数据或其他操作结果通过HTTP响应返回到浏览器端中显示。

图2示出了本申请一实施例提供的三维模型加载方法的流程示意图，图3示出了本申请一实施例提供的三维模型构建的流程示意图。

下面结合图2及图3描述本申请提供的基于移动端平台的三维模型加载方法，包括以下步骤：

步骤100：接收客户端发送的用户请求。

步骤200：响应所述用户请求，调用数据层数据，以得到建模信息。

步骤300：根据所述建模信息调用所述数据层数据构建三维模型。

步骤400：将所述三维模型发送至客户端。

在一些实施例中，所述建模信息包括距离信息，所述距离信息为场景中对象与摄像机的距离。

在一些实施例中，在所述根据所述建模信息调用所述数据层数据构建三维模型步骤中，还包括以下步骤：

步骤310：根据所述距离信息确定对象的显示等级；

步骤320：基于所述显示等级，加载对应显示等级等级的三维模型。

在一些实施例中，所述显示等级包括对应的显示细节及显示大小。

其中，本申请的一些实施例进行了模型轻量化。基于LOD技术，使用若干细节层次不同的模型来表示场景中同一个对象，通过对象与摄像机的距离来决定对象显示的细节，距离摄像机越远，实际显示的大小越小。为每个对象不同细节的模型设置相机参数值，在加载模型时可以自动根据相机位置来加载对应等级的模型，保证系统渲染的效率和三维场景的流畅性。

可以看出：

(1)本申请的一些实施例实现对三维建筑模型和地理环境模型数据进行有效的整合管理，能在移动端平台实现多源数据的存储、管理和分析。

(2)本申请的一些实施例解决移动端平台加载多源三维数据时间长、体验感差的问题，实现在移动平台对三维模型的流畅渲染和可视化分析，为平台使用人员提供随时随地的管理服务，实现高效便捷的辅助决策支持。

(3)本申请的一些实施例关联传感器数据与三维可视化模型，通过移动端平台获取传感器实时数据，实现智能化应用。

(4)本申请的一些实施例提供移动端的三维可视化平台，基于Web开发模式可以满足不同操作系统使用需求，降低了开发成本。

为了方便解释，已经结合具体的实施方式进行了上述说明。但是，上述在一些实施例中讨论不是意图穷尽或者将实施方式限定到上述公开的具体形式。根据上述的教导，可以得到多种修改和变形。上述实施方式的选择和描述是为了更好地解释原理以及实际的应用，从而使得本领域技术人员更好的使用实施方式以及适于具体使用考虑的各种不同的变形的实施方式。

Claims (8)

1.一种基于移动端的三维可视化平台，其特征在于，包括：应用层、服务层、数据层及支撑层；

所述应用层包括移动端的操作界面，三维模型数据的可视化显示及漫游操作，其系统功能包括基础功能、智能运维、视频监控及人员监控，用于接收客户端放的客户请求，并传输至服务层；

所述服务层包括多种服务接口，多种所述服务接口包括数据存储服务、数据检索服务、三维模型加载服务、场景动态渲染服务、空间分析服务、计算服务、量测服务及物联网服务，用于响应所述客户请求，并通过http协议对所述数据层进行调用，并提供至所述应用层；

所述数据层包括地理信息数据、建筑三维模型数据、运维管理数据、物联网传感器设备数据，用于为所述服务层提供数据源；

所述支撑层包括操作系统、GIS系统、数据库软件、系统硬件设施及移动端设备网络设施，用于作为软硬件支撑环境。

2.如权利要求1所述一种基于移动端的三维可视化平台，其特征在于，所述应用层采用B/S架构，B/S包括Web及GIS，用户端通过Web浏览器向Web服务器发送用户请求，Web服务器将GIS功能相关的所述用户请求发送至GIS服务器，所述GIS服务器通过所述数据层调用数据，对所述用户请求进行处理，并将处理结果回馈至所述Web浏览器中进行显示。

3.如权利要求1所述一种基于移动端的三维可视化平台，其特征在于，选用Cesium框架，已实现对多元三维模型数据的可视化显示及管理。

4.如权利要求1所述一种基于移动端的三维可视化平台，其特征在于，采用Web开发模式，基于HTML5+CSS+JS语言进行Web端界面设计与功能开发。

5.一种基于移动端平台的三维模型加载方法，其特征在于：包括以下步骤：

接收客户端发送的用户请求；

响应所述用户请求，调用数据层数据，以得到建模信息；

根据所述建模信息调用所述数据层数据构建三维模型；

将所述三维模型发送至客户端。

6.如权利要求5所述一种基于移动端平台的三维模型加载方法，其特征在于，所述建模信息包括距离信息，所述距离信息为场景中对象与摄像机的距离。

7.如权利要求6所述一种基于移动端平台的三维模型加载方法，其特征在于，在所述根据所述建模信息调用所述数据层数据构建三维模型步骤中，还包括以下步骤：

根据所述距离信息确定对象的显示等级；

基于所述显示等级，加载对应显示等级等级的三维模型。

8.如权利要求7所述一种基于移动端平台的三维模型加载方法，其特征在于，所述显示等级包括对应的显示细节及显示大小。

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