影像数据组织

1，全球DOM/DEM瓦片数据组织瓦片(Tile)的划分：为了降低计算机内存消耗，加快计算机处理速度和节省网络传输时间，通常将数据分层组织，每一层的数据又分割成小的数据块（在该文档里，数据块又简称“瓦片”），具体的瓦片划分如图1所示：A图Level0(2tiles)B图Level1(8tiles)C图Level2(32tiles)D图Level3(128tiles)图1各个层的数据分块示意图从上图可知，每一层的每一个tile都对应特定的地理空间范围。针对某个特定的DOM/DEM，应根据数据覆盖的地理范围、数据在全球的位置、以及数据的分辨力来综合确定应划分的最小层级和最大层级。瓦片的大小：瓦片的大小可以自定义，长与宽是2的N次幂即可。对于DOM，一般采用128x128(pixel)、256x256(pixel)；对于DEM，一般采用16x16(pixel)、32x32(pixel)。瓦片的格式：对于DOM,一般采用png、jpg格式；对于DEM，一般采用tiff格式。瓦片所代表的地理范围：由图1中的各个图所知，每一层中的各个tile所表示的地理范围相同，但是不同层的tile所表示的地理范围不相同。Level0层中tile表示的地理范围为180ºx180º；Level1层中tile表示的地理范围为90ºx90º；Level2层中tile表示的地理范围为45ºx45º；其他层依次类推。每一层中的瓦片标识：以Level2中分块示意为例，如图2所示，每一层中的tile是以行、列坐标进行标识。图2Level2中tile标识示例Tiles文件组织：针对某个DOM（或DEM），其Tiles文件以分级的一系列文件夹来组织，文件夹结构为：顶层目录\层目录\列目录\tiles文件，组织示例见图3所示：图3Tiles文件组织示例图在图3的左图中，“world”为顶层目录，其下的子文件夹0、1、2、3、4分别存储Level0、Level1、Level2、Level3、Level4所对应的tiles，即为层目录；层目录3下面有16个文件夹，每个文件夹存储该列所对应的tiles，即为列目录；图3的右图中显示的tiles图片为第3层（Level3）目录下第9列目录中的所有tiles图片，图片的文件名为该tile所在的行号，图片格式为png。Tile的索引：从上面的叙述可知，每一个Tile都有对应的地理范围，并且都有相应的索引号（层、列、行）。当在三维场景里进行全球数据浏览时，可以根据视点的高低以及视域范围，确定需要调用哪一层的那些tiles。2，全球格网划分选取一定的大地基准面和参考椭球参数实现地球椭球体建模。如给出椭球的长半轴，短半轴或扁率等参数，利用计算机等技术对参考椭球体进行虚拟显示。若采用的数字高程模型的坐标是以大地坐标（经度L，纬度B和大地高H）的形式存储的，则在进行地表三维可视化之前必须先进行坐标转化将高程点的大地坐标(B,L,H)通过下列方程转换成空间大地直角坐标（x,y,z）。（1）其中，B为纬度，L为经度，H为高程，椭球体长半径ma1403786，短半径mb6356755，椭球第一偏心率379030856.149/1e，该椭球为1975国际参BHNeNZLBHNYLBHNXsin)(sincos)(coscos)(2考椭球。而：图4大地坐标和空间直角坐标位置关系由规则DEM数据建立三角网采用按行构网的方式，在南极和北极，靠近两个极点处四边形的形状会接近三角形，因此在两极附近，极点按逆时针方向与下一行的每个网格点相连构成三角网，如图(c)所示，以极点O为中心顺时针连接三角形OAB,OBC,OCD,ODE,OEF,…,OHA，形成相互连接的三角形扇。在南北两极以外的部分，沿着经线和纬线的方向用足够精度的若干个三角形面片（图(a)）逼近椭球体表面，每个面片四个角点的法矢量过地心并指向椭球体外，每条边分别平行于平行圈和子午圈（图(b)），四边形面片顶点的三维直角坐标（x,y,z）由方程（1）给出。每一行的网格点与其下一行相同列的点相连生成格网模型，最终生成的面片相互连接形成球面。22222122)sin1(abaeBeWWaNXYLBabP(X,Y,Z)nLZ(a)地球椭球体的面片(b)两极以外网格的构建(d)沿经纬圈划分的地球四边形O(c)两极网格的构建BACDEFGH图5地球椭球表面的建模球面的纹理映射要比平面复杂，纹理图像一般采用BMP格式，利用仿射变换技术将球面的纹理映射函数解析的表达出来，而纹理映射就等价于参数曲面自身定义的映射，这时可将参数空间和纹理空间等同起来。对于半径为R的地球来说，其参数方程可由（1）表示，因此通过方程(2)就可以将纹理空间[0，1]×[0，1]与参数空间[-R,R]×[-R,R]对应起来，结合（1）、（2）就很容易将纹理数据准确的叠加在DEM数据上，生成真实感很强的三维地形。)(2/))))sin(v.Rarccos(x/((u/)/arcsin(Rzv(2)其中1,0uv，R为地球半径。3，功能初步实现Tiles数据生成工具：Tiles数据生成工具界面如图6所示。图6Tiles数据生成工具利用该工具，可以针对特定的DOM/DEM，生成相应的Tiles数据，Tiles数据的组织结构如上面的图3所示。全球格网生成：图7是全球格网生成效果图。图7全球格网生成效果图全球影像浏览：图8是基于球的影像浏览效果图。该场景里面的影像就是利用Tiles数据生成工具生成的Tiles。图8全球影像浏览