基于CityGML的三维城市模型的可视化研究

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作者：

刘欢

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摘要：

CityGML(City Geography Markup Lauguage)是OGC推出的通用的城市地理标记语言,是一种兼顾语义属性的表现城市三维对象的通用信息模型,它是一种基于XML的开放数据模型,用于存储和交换三维城市模型.它定义了城市和区域中最常见的地表目标的类型及相互关系,并顾及了目标的几何,拓扑,语义,外观等方面的属性,有助于促进三维GIS在"数字城市"建设中的发展和应用.本文以CityGML的理论为基础,并在总结了国内外相关研究的基础上,详细介绍了基于CityGML的三维城市模型可视化的主要过程和关键问题.针对三维城市模型往往数据量较大的特点,CityGML文档又不能够直接在Web端进行可视化的难题,在总结CityGML模型文件在国内外研究现状的基础上,提出将CityGML文档解析,映射到Oracle数据库中的存储方法来建立三维城市模型的空间数据库,实现对数据的有效管理,并通过协调渲染速度和可视化效果,构建三维城市模型在Web端的可视化框架,主要研究内容如下:(1)基础理论研究.通过阅读CityGML的官方文档标准,分析CityGML文档的结构特点以及CityGML中三维城市模型数据的组织方式,得出CityGML文档结构具有面向对象的特点,因为是建立在XML,GML文档的基础上,因此可以借鉴XML,GML文档的解析方式对其进行解析.提出采用SAX分块读取,并采用citygml4j技术编程获取和操作CityGML数据,并实现对数据的输入输出操作.(2)探索CityGML三维模型存储方法.实现了CityGML文档数据的解析后,需要将其映射存储到空间数据库中,通过对比不同空间数据库存储方式的优缺点,采用对象关系型的数据库存储模式空间查询能力和空间分析能力都较好.因此论文提出将其映射,存储到对象关系型数据库Oracle中,既能够准确描述三维空间对象,又能够很好地保证数据的完整性和一致性.并在解析,映射,存储过程中对于模型的优化方法,优化映射的方式以及提高数据库性能的建表方式进行了详细介绍.(3)Web端可视化框架的搭建.在对三维城市模型进行可视化的过程中需要兼顾渲染的速度与渲染的效果,因此需要选择合适的渲染方式以及开发工具,完成三维模型可视化系统的设计与实现.通过对比基于CityGML的三维城市模型可视化的方式,基于WebGL的无插件渲染方式是最适合三维城市模型在Web的流畅渲染,可视化效果最好.首先,论文基于WebGL设计了三维城市模型的可视化框架.然后阐述关键技术,并分别从各个模块介绍功能实现方法.最终使用Visual Studio 2012,并借助基于WebGL的三维开发引擎Cesium完成三维模型可视化系统开发工作,并进一步实现与用户的交互的功能,主要有查询,空间分析,空间模拟等.(4)应用效果分析.最后以长江大学武汉校区为实验区域,借助三维建模软件SkecthUP建立试验区域的三维模型,并利用三维模型格式转换工具FME将其转换为CityGML格式.并对获取的CityGML文件进行处理,将CityGML文件解析,映射,存储到Oracle数据库中,并转换成适合使用Cesium在Web端可视化的glTF格式,最终实现长江大学武汉校区三维模型在Web端的可视化.

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关键词：

CityGML；三维GIS；WebGL；三维可视化

学位级别：

硕士

DOI：

CNKI:CDMD:2.1018.093092