面向室内定位的三维场景数据组织与管理

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自上世纪60年代至今,随着网络技术、带宽和电子商务的发展,三维场景因其更加丰富、全面和生动的细节信息,正在逐渐取代传统的基于二维图像的表现方式。三维场景构建的研究涉及面非常广泛,包括了多媒体、网络、虚拟仿真等技术。它一般生成一个实时的三维尺度空间系统来展现三维场景,从而产生逼真的“虚拟环境”效果。并且在大部分行业(如消防模拟、医疗模拟、虚拟现实、灾害应急等等)进行大规模的三维场景构建时,他们最看重的是用户在发出请求过后三维场景能够以很高的帧速率进行快速准确的显示。但是自然百态,且大千世界瞬息万变,当像火灾等自然或人为灾害突然发生时我们并不能及时洞察,其所引发的建筑中的各种变化更是无法预料的。例如在消防行业当中,当火灾发生时,室内环境会发生较大的变化,而且室内的人员信息变化情况也跟平时截然不同,在救援过程中我们还需要尽可能准确的对室内人员进行定位和搜救。在应急行业同样如此。当灾害发生时,我们需要对室内的所有环境情况进行实时分析,为后续救援提供准确的场景分析。在以前,很多时候的救援都是根据已有的建筑的平面图和救援者的经验判断得出来,但是在这样的基础上,往往我们的救援存在很大的人为性因素和运气成分在里面,不利于有效保护人民的生命财产安全。所以针对消防、医疗、应急等各个行业的需求,近几年来,越来越多的室内定位技术运用于三维场景构建当中。目前对于面向室内定位的三维场景技术已经比较成熟,但我们仍需要寻求一种面向室内定位的三维场景快速构建方法,实现高效率的按需构建。在面向室内定位的三维场景构建过程中,如何快速的、高效率的按需构建主要存在以下问题:(1)面向室内定位的三维场景数据量较大、存储分散,阻碍了三维场景的快速、高效率构建与应用。室内定位的三维场景数据比一般的三维场景数据在精细度上要求更高,且不同的行业所需要的室内定位的三维场景数据不同,在统一管理过程中数据量更大、更复杂。(2)大部分面向室内定位的三维场景都是以整体形式存放在文件系统中,场景与文件呈一一对应关系,加载时必须整体载入,难以实现三维场景的快速、高效率按需构建。(3)面向室内定位的三维场景分散存放在不同位置的服务器,且数据量大,难以实现对跨服务器海量三维场景数据的统一组织、存储、管理与调度。针对上述问题,结合课题组前期成果面向数据的体系架构DOA(Data-OrientedArchitecture),本文提出了一种基于DOA架构的海量三维场景数据的分布式组织与存储机制,将三维场景数据分散存储到多个节点上,并通过数据注册中心进行统一的管理和调度,实现三维场景的快速、高效率按需构建。主要研究内容包括:(1)三维场景数据分布式组织方法研究。各行业数据源因其所属行业的特殊性具有不同的行业属性,同一行业数据源也因其应用场景的位置性具有不同的应用属性,所以在对这些数据源进行分布式组织时都需要按照一定的规则来组织。(2)三维场景数据存储机制研究。对各行业数据源分布式组织后进行合理的存放,以便数据注册中心对各行业数据源进行统一的管理,为后面的快速、高效率的按需构建提供方便。(3)基于数据注册中心的统一管理和调度方法研究。数据注册中心对不同行业的数据源进行统一管理,各行业在构建其所需的三维场景时,利用数据注册中心对数据源进行查找、调度,实现面向室内定位的三维场景数据的快速、按需构建。本文取得的创新点和主要研究成果包括:(1)提出了一种海量三维场景数据的分散组织与存储机制。通过对三维场景数据类型的深入研究,提出了基于数据映射编码的三维场景数据的分布式组织方法,并在此基础上建立了三维场景数据的分布式存储体系;通过数据注册中心和三维场景数据管理标记语言3DSDML,实现对数据的统一管理,从而为三维场景的快速构建提供技术支持。(2)提出了一种基于数据注册中心的三维场景数据统一管理与调度机制。在三维场景数据分类的基础上,通过不同的调度策略实现对各类三维场景数据的动态调度,结合数据的预调度算法,实现三维场景数据的按需调度。(3)设计并实现一种基于数据注册中心的三维场景数据管理系统。在课题组前期成果基础上,主要对系统客户端进行了重点设计,实现了面向室内定位的三维场景的展示、创建、保存和加载等功能。
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