面向虚拟城市的三维空间数据引擎设计与实现

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1、谨以此论文献给我为之奋斗了三年并正在蓬勃发展的中国海洋大学海洋信息技术实验室周圣川————————————————————————．．．——．．．．___●■■■■■■■一面向虚拟城市的三维空间数据引擎设计与实现学位论文完成日期：指导教师签字：答辩委员会成员签字：学位论文作者签名：，司知7签字日期：勿J年r月∥日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容

2、编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名．f司孔J导师繇签字日期：w11年r月／b日签字日期：7一，，，年广月／7日知识产权保护协议依据《中华人民共和国促进科技成果转化法》第二十八条和《中国海洋大学知识产权管理暂行规定(2004．7．20)9的有关规定，研究生屈圣刖(以下简称研究生)与其导师陵量熬握(以下简

3、称导师)就知识产权保护事宜达成如下协议：l、研究生在校期间从事科研工作所完成的学位论文以及不论是否写入学位论文的其他成果属职务成果。研究生不得对上述职务成果以自己或他人名义擅自向第三方转让或泄漏。2、研究生离校后三年内，不得擅自将在校期间从事科研工作的相关数据、研究结果和相关技术发表论文，不得擅自向第三方转让或泄漏。。3、研究生离校后三年内，若进行重复及延续在校研究课题的科技项目，必须经导师及中国海洋大学同意并协商知识产权分享事宜后，方可开展工作。4、若研究生违反上述规定，导师及中国海洋大学有权追究其法律

4、责任，即：要求其停止侵权行为、公开消除影响并予以经济赔偿。5、本协议双方签字之日起生效，有效期三年。研究生(签字)．闻别导师(签字)．研究生(签字)：／之l彳卅导师(签字)：≯州年(月／占日课题负责人(签字)：如，，年，月面向虚拟城市的三维空间数据引擎设计与实现}两要空间数据具有关系复杂、非结构化、数据量大、多比例尺、随时间变化等特点。如何实现海量空间数据的管理、共享与高效访问是有效应用空间数据的关键问题。随着虚拟现实、地理信息系统等领域学科的迅速发展，各种虚拟城市相关的三维空间数据在城市规划、仿真训练、

5、应急指挥、智能信息系统等领域得到了广泛应用，同时，也对软件系统的空间数据调度、存取效率提出了极高的要求。本论文以面向虚拟城市的空间数据索引、海量数据高效调度模型等空间数据引擎关键技术为研究对象；以构建行之有效的三维空间数据引擎为目标；以实现虚拟城市中海量异构空间数据的高效查询与传输方法为主要研究内容；采用从空间索引算法研究、设计、实现，到内外存交换策略与yogi速方法研究，再到系统无缝集成的技术路线，对面向虚拟城市的三维空间数据引擎进行了设计与实现，并根据研究成果进行三维空间数据引擎在虚拟地理信息系统VR

6、-GIS平台中的集成与应用。论文的主要工作及所取得的研究成果如下：(1)基于Cell．Rtree的三维空间数据高效索引与存储方法本文通过分析面向虚拟城市的三维空间数据的特点，提出了适用于虚拟城市三维空间数据的Cell．Rtree索引方法，并结合Hilbert空间填充曲线对空间数据的存储结构进行了优化，提高了数据的索引和存储效率。实验结果表明，在虚拟城市应用环境下Cell．Rtree索引与R-tree、四叉树等传统索引方法相比具有更高的空间查询效率和空间利用率。(2)面向虚拟城市的高性能数据服务模型设计本文

7、针对虚拟城市平台需要承载海量三维空间数据的特点，基于Cell．Rtree空间索引，利用Out-of-core技术和IOCP分发机制实现了对百GB数量级三维空间数据的承载与实时调度能力，构建了高效的空间数据引擎数据服务模型，解决了虚拟城市平台中海量空间数据传输的效率问题。(3)空间数据引擎性能优化方法针对空间数据访问的突发性、离散性，以及在访问过程中需要占用大量的内存、CPU等硬件资源的特点。本文对空间数据索引和内外存数据调度时的系统性能进行了分析，通过建立线程池、内存池和I／O队列管理等方法提升了空间数据

8、引擎的整体性能。(4)面向虚拟城市的空间数据引擎与VR-GIS平台的无缝集成本文实现了面向虚拟城市的三维空间数据引擎在VR．GIS平台中的无缝集成，基于空间数据引擎实现了一套面向城市／区域级大场景的虚拟地理信息系统。借助空间数据引擎对海量空间数据的高效索引与调度能力，突破了VR-GIS平台在海量数据承载与实时调度等方面的技术瓶颈，实现了空间数据引擎与虚拟城市应用的有效结合，为空间数据引擎的推广与应用提供了范例和参考。关键词：虚