基于OSG的城市三维信息服务平台研究[0006]

系统软件
数据库管理系统
系统服务器 三维图形引擎
开发环境 开发语言
服务器操作系统
Window Server 2003
客户端操作系统 Window 7，Window XP
属性数据库
PostgreSQL
空间数据库
PostGIS
Web 服务器
Tomcat6． 0
GIS 服务器
GeoServer、UDig
OSG、OSGEarth
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测绘与空间地理信息
2014 年
图 2 自动建模效果 Fig． 2 Automated modeling result
2． 2． 2 爆炸模拟
爆炸模拟属 于 城 市 应 急 决 策，在 系 统 导 航 栏 中 点 击 “三维分析爆炸 模 拟 ”，填 写 相 关 风 向、风 力、爆 炸 位 置 及 爆炸级别后，系统将作出爆炸模拟（ 如图 3 所示） 。
来，以其优秀的架构、高效的图形渲染方式，在虚拟仿真、 游戏动画、三维可视化等方面得到了极大地发展，在城市 三维信息平 台 构 建 中 也 能 发 挥 所 长［4］。 针 对 以 上 问 题， 本文结合“数 字 泰 州 ”项 目 的 数 据 对 系 统 的 运 行 进 行 了 验证。
1 系统总体设计
1． 1 系统架构设计
系统的场景管理包括场景的天空背景、场景雾效、光 照设置、模式设置、颜色设置等。
1） 天空背景 点击“场景管理!天空盒子”，可以在场景中设置背景 天空的效果（ 如图 5 所示） 。 2） 雾效 场景雾效，可以增强场景的仿真程度，图 6 所示为场 景开启雾效后的效果图。 3） 光照设置 光照计算是三维场景仿真中的一个必不可少的方 面，如图 7 所示，为同一场景下光照开启与否的效果。
摘 要： 城市三维信息服务平台建设是数字城市建设的关键与核心，本文着重研究采用开源的三维图形引擎
( OSG) 、开源 GIS 服务器、开源数据库、开源 Web 服务器等设计一套全开源的城市三维信息服务平台，并重点介
绍系统核心功能的实现，以期能为城市三维信息服务平台的建设提供一种可行的开源解决方案。
关键词： 数字城市; OSG; 开源 GIS; 城市三维
第4 期
于艳超等： 基于 OSG 的城市三维信息服务平台研究
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图 1 City3D 三层架构 Fig． 1 Three levels of City 3D architecture
资源都是通 过 服 务 层 进 行 发 布，供 客 户 层 调 用。 本 文 研 究采用 开 源 GIS 服 务 器 GeoServer 和 开 源 Web 服 务 器 Tomcat 搭建城市三维信息服务平台 City3D 的服务器 City3D Server。
图 3 爆炸模拟 Fig． 3 Explosion simulation
2． 2． 3 雨雪模拟
在系统导航栏中点击“三维分析!雨雪模拟”，填写相 关雨、雪大小，系统将作出雨雪模拟（ 如图 4 所示） 。图 4 （ a） 为暴雨效果，图 4 （ b） 为暴雪效果，图 4 （ c） 为雨夹雪 效果。
2． 2． 4 场景管理
中图分类号： P208
文献标识码： B
文章编号： 1672 － 5867（ 2014） 04 － 0062 － 04
Study of the Urban Three － Dimensional Information Service Platform Based on OSG
YU Yan － chao，XU Han － wei，JIANG Tao （ School of Earth Sciences and Engineering，Hohai University，Nanjing 210098，China）
地物模型数据的发布系统软件数据库管理系统系统服务器客户端操作系统window7windowxp属性数据库postgresql空间数据库postgisweb服务器tomcat6gis服务器geoserverudigosg支持通过curl的网络模型进行获取可以将地物建筑模型在服务器端部署通过数据在服务器上的url可以在internet环境下采用osg实时地读取服务器上的地物模型渲染地形数据的发布在城市三维信息服务帄台建设中同样拥有海量的地形数据为了实现在互联网环境下的有效传输本文采tms瓦片协议规范将dem和影像数据在服务器端进行瓦片切割采用tomcat服务器发布供explorer客户端进行实时的读取和渲染地形瓦片tms协议是基于类似restfull方式的webservicedem和影像数据进行三维图形引擎osgosgearth开发环境vs2010开发语言自动建模在弹出窗口中填写用于建模底图的shapefile文件路径指定楼层字段用于设置所建模型楼层数设xml文件确定房屋建模规则
2 系统实现
以泰州市为 例，开 发 泰 州 城 市 三 维 信 息 服 务 平 台 的 原型系统，并遵循以下系统设计原则：
1） 先进性与开放性； 2） 实用性与高效性； 3） 集成性与可伸缩性； 4） 高可靠性与可维护性。
2． 1 系统开发环境
系统开发环境见表 1。
表 1 系统开发环境 Tab． 1 Development environment of the system
客户层是 City3D 的客户端，进行三维信息的展示，提 供基 于 桌 面 的 三 维 信 息 展 示 平 台，并 可 以 封 装 成 上 层 API，与具体的行业应用相结合。本文采用 OSG，以及以 OSG 为内核的 OSGEarth，分别设计开发 City3D 的桌面客 户端 City3D Explorer 和海量地形和城市场景的建模工具 City3D Builder。
切割后，以文件系统的方式存储，采用 Tomcat 服务器在服 务端进行 Web 发布，通过瓦片发布的 UＲL 地址即可访问 到发布的瓦片数据，采用 Explorer 即可将 TMS 发布的瓦 片 DEM 和影像数据进行地形的实时渲染。
1． 2． 2 平台客户端数据发布
Explorer 设计原理为： 由 OSG 作为 City3D 平台的三 维图形引擎，集成以 OSG 为内核的 OSGEarth 地形 渲 染 库，设计开发客户端———City3D Explorer。主要功能是实 现城市三维数 据 的 渲 染 展 示 和 漫 游 等，能 够 集 成 本 地 数 据、Server 发布的数据服务、本地缓存的数据、Web 网络数 据（ 比如 Google Map，Yahoo Map 等） 等多种 数 据 源，Explorer 与各种数据的交互采用一些开放共享的协议，比如 WMS，WFS，TMS 等，为数据的互操作和共享提供了基础， 这种数据的松耦合的设计，使得 Explorer 可以与其他的系 统进行数据交互和集成，甚至可以与商业软件集成，比如 可 以 集 成 ArcGIS Server 发 布 的 地 图 服 务 MapService 等［9］。Explorer 还可以通过集成行业数据，加上专业的应
城市二维信 息 服 务 平 台 作 为 传 统 的 城 市 信 息 化、服 务化手段，为了更便捷地描述现实世界，采用地图概括和 投影变化等方式简化现实世界［1］。这类简化、抽象、化动 态为静态、化 烦 琐 为 简 单 等 方 式 很 大 程 度 上 方 便 了 人 们 对现实世界的认识，并得到了广泛的应用。但随着“数字 城市”的建设，现 实 需 求 的 扩 大 与 深 入，仅 城 市 二 维 信 息 数据已经不能满足需求，与城市建设相关的诸多领域，如 城市规划、物业管理、市政工程、房地产、旅游等行业都迫 切需要城市三 维 信 息 数 据，构 建 一 种 既 能 够 真 实 地 展 现 现实世界，提供城市三维信息，同时兼具良好互动性的信 息系统。这一需求正是城市三维信息服务平台诞生的条 件，以弥补城市二维信息服务平台的不足［2］。
VS2010
C + + ，MFC
2． 2 系统主要功能实现 2． 2． 1 自动建模
在弹出窗口中，填写用于建模底图的 shapefile 文件 路径，指定“楼 层 字 段 ”用 于 设 置 所 建 模 型 楼 层 数，设 置 “层高”属性设置每层楼高，计算出模型高度，指定房屋风 格的 XML 文件，确定房屋建模规则。自动建模效果如图 2 所示。
服务层承担 着 数 据 服 务 的 发 布，数 据 层 的 各 种 数 据
收稿日期： 2013 － 11 － 21 基金项目： 国家自然科学基金（ 41101374，41101308） 资助 作者简介： 于艳超（ 1988 － ） ，男，河南周口人，地图制图学与地理信息系统专业硕士研究生，主要研究方向为三维 GIS 开发与应用。
城市三维信息数据较之城市二维信息数据有 3 个显 著的特点： 直观性、海量的数据、复杂的数据结构［3］。正 是基于这 3 个特点，城市三维信息服务平台所要解决的首 要问题在于，如 何 有 效 地 构 建 平 台 对 海 量 的 城 市 三 维 信
息进行直观、真实、流畅的展示。 OpenSceneGraph（ 简 称 OSG） 自 2000 年 引 入 中 国 以
Abstract： The construction of urban three － dimensional information service platform is critical for the digital city． In this paper，the open － source three dimensional graphics engine，open － source GIS server，open － source database system，and open － source web server are adopted to provide an open － source solution of urban three － dimensional information service platform and the realization of the system key function are mainly introduced． Key words： digital city； Open Scene Graph； open source GIS； urban three － dimensional
1） GIS 数据的发布 本 文 采 用 GeoServer 将 矢 量 或 栅 格 等 GIS 数 据 以 WMS，WCS，WFS 方式发布地图服 务，供 客 户 端 Explorer 调用。 2） 地物模型数据的发布 OSG 支持通过 CUＲL 的网络模型进行获取，可以将地 物建 筑 模 型 在 服 务 器 端 部 署，通 过 数 据 在 服 务 器 上 的 UＲL，可以在 Internet 环境下，采用 OSG 实时地读取服务 器上的地物模型渲染［7］。 3） 地形数据的发布 在城市三维 信 息 服 务 平 台 建 设 中，同 样 拥 有 海 量 的 地形数据，为了实现在互联网环境下的有效传输，本文采 用 TMS 瓦片协议规范，将 DEM 和影像数据在服务器端进 行瓦片切割，采用 Tomcat 服务器发布，供 Explorer 客户端 进行实时的读取和渲染地形瓦片，TMS 协议是基于类似 ＲESTfull 方式的 Web Service［8］。将 DEM 和影像数据进行
基于 OSG 城市三维信息服务平台 City3D 架构在 C / S 模式、互联网或 者 局 域 网 的 环 境 下，分 为 三 层 架 构，分 别 是数据层、服务层、客户层，如图 1 所示。
数据层包括三维信息服务平台系统所涉及的所有数 据类型和数据的存储组织方式，针对数据的类型特点，本 文采 PostgreSQL（ POSTGIS） 数据库、文件系统两种数据的 存储方式［5］。
1． 2 数据发布 1． 2． 1 平台服务端数据发布
在本文设计的城市三维信息服务平台解决方案中， 服务器端 Server 的功能是将存储在 PostgreSQL（ PostGIS） 或文件系 统 中 的 各 种 城 市 信 息 数 据 进 行 发 布［6］。利 用 GeoServer 可以发布多种服务，基于 OGC 共享的规范提供 服务供 Explorer 客户端调用。利用 Tomcat 可以将 TMS 瓦 片数 据 和 建 筑 物 模 型 数 据 在 服 务 器 端 部 署，通 过 暴 露 UＲL 接口的方式供客户端 Explorer 调用，一些属性数据通 过 JAVA JDBC 读取数据库，以 XML 或者 JSON 的格式返 回 Explorer 客户端。
第 37 卷 第 4 期 2014 年 4 月
测绘与空间地理信息
GEOMATICS ＆ SPATIAL INFOＲMATION TECHNOLOGY
Vol． 37，No． 4 Apr． ，2014
基于 OSG 的城市三维信息服务平台研究
于艳超，许捍卫，江 涛
（ 河海大学 地球科学与工程学院，江苏 南京 210098）