國內(nèi)外眾多測繪單位和相關(guān)企業(yè)廣泛采用傾斜攝影自動化建模技術(shù)來生產(chǎn)三維模型數(shù)據(jù)，并逐步取代傳統(tǒng)手工建模，成為新的三維模型生產(chǎn)的重要方式。但都面臨以下困境：數(shù)據(jù)量龐大；單體化困難，GIS功能難以實(shí)現(xiàn)；局限于看一看，無法滿足行業(yè)應(yīng)用需要。這些都成為主流三維GIS亟需解決的問題。
SuperMapGIS7C(2015)作為SuperMapGIS7C全新升級版本產(chǎn)品，突破了傾斜攝影模型應(yīng)用的難點(diǎn)，并提供了一套強(qiáng)大的傾斜攝影三維模型應(yīng)用解決方案，開啟了三維GIS領(lǐng)域數(shù)據(jù)來源的新篇章。
從今天開始，我們將用五篇文章闡述SuperMapGIS針對傾斜攝影三維模型的GIS應(yīng)用解決方案。今天介紹第一篇：《速度更快——超強(qiáng)大的傾斜攝影模型數(shù)據(jù)承載力》。
傾斜攝影模型數(shù)據(jù)的特點(diǎn)
模型數(shù)據(jù)量大
傾斜攝影測量技術(shù)通過低空云下攝影，能夠從一個垂直和4個以上45度傾斜的方向獲取高清晰度、多角度的地物影像，數(shù)據(jù)精度可達(dá)到分米級，甚至厘米級別的測量精度。同時為了得到良好的三維成像效果，拍攝過程中會產(chǎn)生大量的冗余影像數(shù)據(jù)。并且，拍攝范圍一般是城市級別，因而建模成果往往數(shù)據(jù)量非常龐大，一般在數(shù)10GB乃至數(shù)百GB左右。
模型文件結(jié)構(gòu)零散
傾斜攝影拍攝的圖片在使用建模軟件轉(zhuǎn)換三維模型后為模型文件，該模型數(shù)據(jù)具備多層級細(xì)節(jié)（一般稱為LOD）結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的精度、范圍采用分塊的方式存儲。每個文件夾存儲一個切片，其中包含了一個根節(jié)點(diǎn)文件以及它對應(yīng)的多個子節(jié)點(diǎn)文件?？梢钥闯觯瑑A斜攝影模型數(shù)據(jù)文件結(jié)構(gòu)較為零散，文件層級較多。
對于GIS平臺產(chǎn)品而言，數(shù)據(jù)加載是面向應(yīng)用的第一步。海量傾斜攝影模型數(shù)據(jù)的高效加載、渲染、流暢的操作體驗(yàn)是GIS應(yīng)用的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。反之，如果承載力不夠強(qiáng)大、三維性能體驗(yàn)不好，即使后續(xù)功能再完善，也不能完全滿足行業(yè)應(yīng)用，無法得到大規(guī)模的推廣。因此，提升平臺產(chǎn)品對海量傾斜攝影模型數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)承載力，有著十分重要的意義。
SuperMapGIS便捷高效的模型加載機(jī)制
傾斜攝影采集到的數(shù)據(jù)量非常龐大，若進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與導(dǎo)入耗時較長，有時長達(dá)月余。SuperMapGIS(2015)只需要一個配置文件，就可以通過配置文件實(shí)現(xiàn)直接加載.osgb文件格式的原始模型數(shù)據(jù)，無需導(dǎo)入和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，模型加載機(jī)制便捷高效。如圖1。
另外，如果需要將傾斜攝影數(shù)據(jù)與其它矢量數(shù)據(jù)疊合在一起，也不需要將傾斜攝影數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的投影坐標(biāo)系或者地理坐標(biāo)系下，SuperMapGIS(2015)針對傾斜攝影數(shù)據(jù)，支持動態(tài)投影功能，可以將傾斜攝影數(shù)據(jù)動態(tài)投影到相應(yīng)的坐標(biāo)系下，這就大大節(jié)約了數(shù)據(jù)處理的時間成本。
SuperMapGIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)承載能力
SuperMapGIS(2015)針對傾斜攝影數(shù)據(jù)的承載力提供了一些內(nèi)置關(guān)鍵技術(shù)，因此可以支持TB級傾斜攝影建模數(shù)據(jù)的高效加載與流暢顯示，同時，長時間運(yùn)行穩(wěn)定性高，硬件資源占用也是非常少的。這些關(guān)鍵技術(shù)包括：
充分利用傾斜攝影模型自帶的LOD（多層次細(xì)節(jié)）層級結(jié)構(gòu)
SuperMapGIS7C(2015)充分利用傾斜攝影模型自帶的LOD（多層次細(xì)節(jié)）層級結(jié)構(gòu)，根據(jù)物體模型在三維場景中所處的位置和重要程度加載不同精細(xì)程度的數(shù)據(jù)。當(dāng)模型距離當(dāng)前觀察點(diǎn)較近時，加載模型數(shù)據(jù)的精細(xì)層，保證數(shù)據(jù)高細(xì)節(jié)顯示；對于遠(yuǎn)離當(dāng)前觀察點(diǎn)的模型，則使用其模糊層數(shù)據(jù)，降低性能消耗。既能實(shí)現(xiàn)大幅度提升瀏覽性能，也能達(dá)到效果和性能之間的平衡，實(shí)現(xiàn)占用較少硬件資源的同時具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)承載能力。
動態(tài)調(diào)度（out-of-core）
通常，虛擬現(xiàn)實(shí)或游戲軟件為了優(yōu)化性能，會將當(dāng)前場景中的數(shù)據(jù)全部加載到內(nèi)存中，因此加載的數(shù)據(jù)量是非常有限的。而我們的GIS平臺軟件經(jīng)常需要管理、顯示TB級海量傾斜模型數(shù)據(jù)，不可能一次性全部放到內(nèi)存中，需要根據(jù)觀察點(diǎn)位置進(jìn)行動態(tài)調(diào)度，即把需要當(dāng)前視野范圍內(nèi)看到的數(shù)據(jù)動態(tài)加載到內(nèi)存中，離開視野范圍的數(shù)據(jù)及時從內(nèi)存中釋放。并且根據(jù)觀察點(diǎn)的位置，根據(jù)從近到遠(yuǎn)，先加載粗糙層，然后加載精細(xì)層的方式動態(tài)加載各種數(shù)據(jù)，保證距離觀察點(diǎn)最近的數(shù)據(jù)優(yōu)先調(diào)度和渲染。既符合視覺體驗(yàn)，也能更加有效地利用硬件資源。
數(shù)據(jù)壓縮與紋理壓縮技術(shù)
SuperMapGIS7C(2015)提供了一個壓縮工具，可以將傾斜攝影數(shù)據(jù)中的紋理數(shù)據(jù)采用紋理壓縮格式壓縮，壓縮后的紋理打包到.osgb模型文件中，最后再對打包后的.osgb文件做zip壓縮，從而保證壓縮后的數(shù)據(jù)足夠小，壓縮后的文件格式仍然是.osgb的模型文件。通過數(shù)據(jù)壓縮，紋理數(shù)據(jù)和模型可以一次性下載、一次性載入內(nèi)存，紋理無需解壓縮即可直接載入顯存，做到更加快捷地加載模型，同時降低了顯存占用，這樣既可以提高模型數(shù)據(jù)加載量，也整體提升了性能體驗(yàn)。
SuperMapGIS加載海量傾斜數(shù)據(jù)的性能指標(biāo)
衡量三維場景性能的重要指標(biāo)是幀率信息，即表示三維場景每秒鐘能夠渲染的次數(shù)。幀率越高代表性能體驗(yàn)越流暢。一般來說15至20幀可以接受，30幀左右可算是基本流暢，45幀以上則達(dá)到了完全流暢的程度。除了幀率，數(shù)據(jù)加載效率、CPU和內(nèi)存占用也是評價場景性能高低的指標(biāo)。
SuperMapGIS7C(2015)支持瞬間全幅加載TB級傾斜攝影數(shù)據(jù)，漫游幀率高、無卡頓感，占用CPU、內(nèi)存資源低，整體性能體驗(yàn)較好。實(shí)際測試加載過中國最大一份450平方公里的傾斜攝影模型，運(yùn)行非常流暢、穩(wěn)定。
使用中端PC臺式機(jī)對數(shù)字保定三維地理信息系統(tǒng)、數(shù)字唐山地理空間框架、河北城市實(shí)景三維綜合應(yīng)用平臺等項(xiàng)目的傾斜模型數(shù)據(jù)進(jìn)行測試，平均性能指標(biāo)如下：
渲染100萬左右的三角面片渲染時，幀率不低于48幀，內(nèi)存占用不超過500MB，CPU占用率不超過14%。
渲染200萬左右的三角面片渲染時，平均幀率不低于30幀，內(nèi)存占用660MB左右，CPU占用率不超過20%。
