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全球多分辨率地形数据库的设计与实现

时间:2016-01-08  作者:朱 杰 苏小平
  ADO的结构如下:

 

使用ADO访问数据库的主要步骤包括[3]:

1) 初始化COM,创建ADO连接

AfxOleInit();

m_pConnection.CreateInstance(__uuidof(Connection));

2) 利用Connection的对象的Open函数连接数据库

m_pConnection->Open(m_ServerName, m_DBname, m_User, m_PassWord, long lOptions);

3) 使用Recordset对象打开记录集

m_pRecordset->Open(LPCTSR strSQL, long lOption, CursorTypeEnum CursorType,

LockTypeEnum LockType);

4) 用Field对象的AppendChunk存储二进制大对象,用GetChunk访问二进制大对象

m_pRecordset->AppendChunk(FieldPtr pField, LPVOID lpData, UINT nBytes);

m_pRecordset->GetChunk(FieldPtr pField, LPVOID lpData);

入库模式设计流程图如下:

数据文件

准备

文件形式

登录

连接、访问 创建

多分辨率

服务器 数据库

4基于数据库的全球多分辨率地形数据的调度

由于全球地形实时漫游方式体现了虚拟现实的特征,可以给用户提供直观的视觉效果以及更加灵活的操作能力,同时全球三维地形可视化要求空间信息表达详细准确,并且对用户交互操作能够达到实时响应,因而地形数据的实时快速调度是实现全球多分辨率地形仿真技术的重要内容。

4.1基于四叉树索引数据引擎的设计

数据引擎主要解决金字塔模型中各层各块的索引问题,即解决如何快速查询数据,如何快速从海量的空间数据中提取用户需要的目标数据,以确保地形数据的实时显示等需要。

四叉树是树型结构的一种,指的是一种每个非叶子节点最多只有四个分支(或称孩子)的树型结构。如图所示,圆形代表非叶子节点,矩形代表叶子节点。四叉树显然是一种层次数据结构,其公共特性是空间递归分解[4]。

第0层

第1层

第2层

第3层

4.2基于四叉树索引地形数据的快速调度

本文中引用的金字塔模型与四叉树都属于分层分块性质,且层之间都使用2倍率关系,因而可以采用四叉树技术来建立数据引擎,实现地形数据块的快速索引。根据四叉树的特点,其中N邻域、S邻域、W邻域和E邻域四个邻域对应金字塔模型中同级的N邻块、S邻块、W邻块和E邻块,也就是上邻块,下邻块,左邻块和右邻块[5]。

对于金字塔模型中的一个地形块,用这个地形块的LOD级别l,列号x,行号y,(l,x,y)来表示一个块的全球唯一编号,由此可得:

块的编号

块的位置

LOD级别l,列号x,行号y

已知块

(l,x,y)

左邻块

(l,x-1,y) x≠0

(l,2l+1-1,y) x=0

右邻块

(l,x+1,y) x≠2l+1-1

(l,0,y) x=2l+1-1

下邻块

(l,x,y-1) y≠0

(l,x,0) y=0

上邻块

(l,x,y+1) y≠2l-1

(l,x, 2l-1) y=2l-1

高级块

(l+1,[x/2],[y/2]) ([]表示取整)

低级块

(l≥1)

(l-1,2x,2y)

(l-1, 2x+1,2y)

(l-1,2x,2y+1)

(l-1,2x+1,2y+1)

通过上述公式计算出来的编号,是一种全球唯一编号,记录了数据块的位置,在数据库表中可定义为主键,以此来建立索引。采用了基于四叉树的索引结构,可以避免在可视化处理过程中将全部的空间数据索引信息读入到内存中,而只是将场景金字塔信息常驻内存,根据当前视点参数确定与视景体投影区域发生相交关系的一个或多个单元地形块,此时再将相关的地形块四叉树索引信息读入到内存中,并且当视点移动,某个子场景变为不可见时,则可以释放该索引占用的内存空间,这样能够有效地提高机器内存的利用效率,为三维场景空间数据提供更多的计算资源,从而提高系统的运行效率。从上述公式可以看出,计算邻块编号时只涉及一些简单的加减法运算,占用CPU时钟周期较少,因而采用四叉树结构索引是一种快捷有效的数据引擎方式。

5 客户端/服务器模式(C/S)下的地形数据库的访问

通常情况下,存储有海量数据的全球多分辨率地形数据库,仅仅依靠单一的数据库组织方式是不够的,需要建立分布式空间数据库,完成海量数据的存储、管理和索引,实现多用户远程并发访问。

分布式数据库系统是计算机网络技术与数据库技术互相渗透和有机结合的产物,是由分布于计算机网络上的多个逻辑相关的数据库组成的集合,网络中的每个结点具有独立处理的能力,可执行局部应用,同时,每个结点通过网络通讯系统也能执行全局应用。分布式数据库相比集中式数据库具有均衡负载、可靠性高、可扩充性好等的优势,解决组织机构分散而数据需要相互联系的问题。

本文采用客户端/服务器模式(C/S)完成主从机数据库访问功能。

客户端 提交 服务器

(从机) (主机)

6 总结

本文根据金字塔模型设计了数据库表的结构,有效的存储了地形数据,同时建立了基于四叉树的索引方式,为快速调用地形数据提供了基础。全球多分辨率地形数据库的建立为全球多分辨率地形环境仿真技术的实现提供了新平台,数据库的动态更新和地形信息的实时刷新效率更高,满足了用户实时需求,提高了仿真可信度。


参考文献:
[1] 杜莹 全球多分辨率虚拟地形环境关键技术的研究 博士学位论文[D] 信息工程大学 2005,4
[2] 钟正,朱庆 一种基于海量数据库的DEM动态可视化方法[J].海洋测绘,2003,3
[3] 求是科技 VC++6.0数据库开发技术与工程实践[M] 人民邮电出版社2004,1
[4] Christopher Allen等 关系数据库和SQL编程[M] 清华大学出版社 2005,12
[5] 岳利群 全球多分辨率地形环境仿真技术研究 硕士学位论文[D] 信息工程大学2008,4

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