基于MapGIS IGServer的二三維一體化人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳德華，楊 冰，傅偉軍

(湖南城市學(xué)院城市規(guī)劃信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南益陽 413000）

基于MapGIS IGServer的二三維一體化人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳德華，楊 冰，傅偉軍

(湖南城市學(xué)院城市規(guī)劃信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南益陽 413000）

一、引 言

人體經(jīng)絡(luò)由經(jīng)脈和絡(luò)脈組成，經(jīng)脈是經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)的主干，絡(luò)脈是經(jīng)脈的分支，經(jīng)絡(luò)是氣血運(yùn)行的通路，將人體的內(nèi)臟、體表等各個部分聯(lián)結(jié)為一個整體，而穴位就是這些通路上的重要點(diǎn)位，具有多層次、多組分的特點(diǎn)，是一個復(fù)雜的空間系統(tǒng)[1-2]。因此，利用掛圖、石膏模型等傳統(tǒng)方式無法準(zhǔn)確表現(xiàn)經(jīng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和空間分布，也限制了經(jīng)絡(luò)知識面向公眾的普及[3]。

隨著計(jì)算機(jī)和傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，為經(jīng)絡(luò)信息化奠定了基礎(chǔ)。早在20世紀(jì)90年代，余輪[4]就提出應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、三維動畫制作等方法建立人體經(jīng)絡(luò)模型。陳國棟[5]結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，采用OSG為圖形開發(fā)庫，選擇VC.NET為開發(fā)環(huán)境，構(gòu)建三維人體經(jīng)絡(luò)信息可視化平臺。鄭旭東[6]將人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)，為縮短傳輸響應(yīng)時(shí)間，提出上下文感知計(jì)算的三維場景傳輸，使系統(tǒng)響應(yīng)性和網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率得到提高。在傳感器方面，陳新、沈金志等[7-8]利用經(jīng)絡(luò)阻抗檢測儀獲得人體經(jīng)絡(luò)在體表的平面坐標(biāo)，通過磁場跟蹤器得到經(jīng)絡(luò)的三維坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了人體經(jīng)絡(luò)在現(xiàn)場人體體表圖像上的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確顯示。綜上所述，當(dāng)前的人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)在經(jīng)絡(luò)位置信息獲取、三維可視化顯示和互聯(lián)網(wǎng)共享等方面技術(shù)較成熟，在一定程度上克服了掛圖和石膏模型的缺點(diǎn)，但作為一個復(fù)雜的空間系統(tǒng)，在空間分析方面仍顯不足。

人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)與城市公交系統(tǒng)相似，都是由點(diǎn)、線、面等空間要素構(gòu)成，可以將穴位看成公交站點(diǎn)，將經(jīng)絡(luò)線看成公交線路，將體表看成城市表面，將人體看成整個城市系統(tǒng)。因此，借鑒城市公交地理信息系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對人體經(jīng)絡(luò)信息的高效管理。本文以當(dāng)前的人體經(jīng)絡(luò)信息化研究成果為基礎(chǔ)，提出了當(dāng)前流行的WebGIS開發(fā)方式，即采用MapGIS IGServer作為WebGIS開發(fā)平臺，運(yùn)用Flex和搭建式二次開發(fā)技術(shù)，設(shè)計(jì)二三維集成的人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)，促進(jìn)經(jīng)絡(luò)知識的推廣和應(yīng)用。

二、MapGIS IGServer開發(fā)平臺

MapGIS IGServer是由中地?cái)?shù)碼公司推出的基于SOA技術(shù)的一款全新互聯(lián)網(wǎng)GIS開發(fā)平臺，具有跨平臺、多模式、易擴(kuò)展、開放式等特點(diǎn)[9]。MapGIS IGServer以MapGIS數(shù)據(jù)中心集成開發(fā)平臺為基礎(chǔ)，采用面向服務(wù)的懸浮倒掛式平臺架構(gòu)，支持.NET和Java兩種開發(fā)環(huán)境，提供了JavaScript、Flex、Silverlight、搭建式4種二次開發(fā)方式和二三維集成管理策略，實(shí)現(xiàn)了二三維數(shù)據(jù)的一體化管理，如圖1所示。

圖1 二三維集成管理

MapGIS IGServer采用柔性設(shè)計(jì)理念，以搭建式開發(fā)為主，JavaScript、Flex、Silverlight開發(fā)為輔的二次開發(fā)模式，提供了一個“零編程、巧組合、易搭建”的可視化開發(fā)環(huán)境[10]。搭建式開發(fā)就是將WebGIS集成到搭建平臺中，把滿足業(yè)務(wù)需求的工作采用拖拽插件的形式進(jìn)行資源配置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)的定制，快速搭建原型系統(tǒng)[11-12]。Flex與Silverlight開發(fā)采用主流的RIA模式，以功能強(qiáng)大的Flex或Silverlight為基礎(chǔ)，對開發(fā)接口進(jìn)行全面整合，在提高開發(fā)效率的同時(shí)提供炫麗的視覺體驗(yàn)。JavaScript開發(fā)分為J2EE和.NET兩大體系，采用Java或.NET進(jìn)行服務(wù)器端開發(fā)，以JavaScript(Ajax）方式進(jìn)行客戶端編碼式開發(fā)。

三、數(shù)據(jù)采集與處理

1.數(shù)據(jù)采集

將傳感器技術(shù)應(yīng)用于經(jīng)絡(luò)穴位的空間定位，為經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集提供了保障。目前較成熟的方法是采用經(jīng)絡(luò)測試儀得到穴位的位置，用3傳感器/6自由度的磁場跟蹤儀獲得穴位的三維坐標(biāo)，如圖2所示[2]。

圖2 人體經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)獲取

2.數(shù)據(jù)處理

依據(jù)人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)的空間特性，參照城市公交數(shù)據(jù)的處理和組織方式，對人體經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)按穴位點(diǎn)、經(jīng)絡(luò)線、體表面及區(qū)域等不同專題以目錄樹的形式進(jìn)行分層處理與組織[13]。

人體經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理用到的主要平臺是MapGIS K9地圖編輯器和Geodatabase企業(yè)管理器，并結(jié)合SQL Server、Access等關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理穴位、經(jīng)絡(luò)的空間、屬性信息。首先將采集的人體經(jīng)絡(luò)圖片導(dǎo)入企業(yè)管理器建立的人體經(jīng)絡(luò)空間數(shù)據(jù)庫中，然后在地圖編輯器中打開柵格圖片，從視覺的角度，將人體分為正面、背面、側(cè)面和頭部、軀干、四肢等不同的圖層，最后根據(jù)獲得的穴位點(diǎn)坐標(biāo)，確定穴位在圖層中的位置，按不同經(jīng)絡(luò)連接穴位，實(shí)現(xiàn)經(jīng)絡(luò)線的矢量化，得到人體經(jīng)絡(luò)圖，如圖3所示。

圖3 人體經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理界面

3.三維建模

采集的人體各個部位的圖片利用Photoshop軟件對其進(jìn)行處理，為三維建模后進(jìn)行貼圖備用。整理穴位屬性數(shù)據(jù)，建立Access人體經(jīng)絡(luò)穴位數(shù)據(jù)庫(如圖4所示），便于在三維場景平臺中對三維人體經(jīng)絡(luò)模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)操作。

圖4 人體經(jīng)絡(luò)穴位數(shù)據(jù)庫

建模采用Auto CAD對人體經(jīng)絡(luò)圖進(jìn)行矢量化，將CAD格式的人體經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到3ds Max中，將頂視圖、前視圖、左視圖、透視圖中的底圖按比例進(jìn)行調(diào)整，形成高度適宜的實(shí)體模型。依據(jù)建立好的人體模型給人體表面貼上紋理，以此獲得良好的視覺效果，如圖5所示。

圖5 人體經(jīng)絡(luò)三維建模

四、人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)采用面向服務(wù)的4層體系架構(gòu)，以數(shù)據(jù)中心為內(nèi)核，提供人體經(jīng)絡(luò)空間數(shù)據(jù)和功能服務(wù)，如圖6所示。

圖6 人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)體系架構(gòu)

用戶層可以在多種平臺運(yùn)行，通過HTTP進(jìn)行通信直接連接到IGServer，構(gòu)建基于IGServer的Web應(yīng)用，將人體經(jīng)絡(luò)信息展示在用戶瀏覽器上。

服務(wù)層是整個人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)架構(gòu)的核心，包括MapGIS WebService、OGC(開放地理空間信息聯(lián)盟）服務(wù)及第三方Web服務(wù)接口。用戶層以瀏覽器的方式發(fā)送服務(wù)請求，Web服務(wù)經(jīng)過響應(yīng)、接收請求后，將處理結(jié)果返回給客戶端。

基礎(chǔ)內(nèi)核層以數(shù)據(jù)中心集成開發(fā)平臺為核心，通過數(shù)據(jù)倉庫和功能倉庫提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和功能服務(wù)，并負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)用戶層與數(shù)據(jù)層之間的通信。

數(shù)據(jù)層為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，包括人體經(jīng)絡(luò)的空間及屬性數(shù)據(jù)。人體經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫不僅有HDF文件數(shù)據(jù)庫，還包括SQL Server、Access等數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)。IGServer使用SDE(空間數(shù)據(jù)庫引擎）技術(shù)實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)數(shù)據(jù)的一體化管理。

2.人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

根據(jù)用戶對穴位查詢、空間分析和瀏覽的需求，將人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)分為二維人體經(jīng)絡(luò)查詢分析子系統(tǒng)和三維瀏覽子系統(tǒng)，主要功能模塊包括圖形顯示、圖形編輯、數(shù)據(jù)查詢、視圖分析、三維瀏覽等功能模塊。圖形顯示模塊主要包括對人體經(jīng)絡(luò)圖的放大、縮小、刷新、鷹眼等操作；圖形編輯模塊允許用戶在人體經(jīng)絡(luò)圖中自主添加穴位點(diǎn)，并輸入穴位信息保存在數(shù)據(jù)庫中，也可以刪除點(diǎn)位信息，以滿足經(jīng)絡(luò)教學(xué)的需要；數(shù)據(jù)查詢模塊使用戶能準(zhǔn)確找到穴位的位置并了解穴位的主要功能和治療方式，具體包括點(diǎn)擊查詢、拉框查詢、多邊形查詢、條件查詢、點(diǎn)擊條件查詢、拉框條件查詢、多邊形拉框查詢等；視圖分析模塊主要用于臨床診斷的輔助決策，包括穴位緩沖區(qū)分析、反射區(qū)分析、經(jīng)絡(luò)循行模擬和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能；三維瀏覽模塊為用戶提供了一個真實(shí)的人體經(jīng)絡(luò)環(huán)境，通過鼠標(biāo)操作可以實(shí)現(xiàn)三維人體經(jīng)絡(luò)模型的旋轉(zhuǎn)、放大、縮小、平移等操作。功能如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)功能模塊

五、人體經(jīng)絡(luò)原型系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)以MapGIS K9 IGServer為地圖服務(wù)平臺，結(jié)合Flex和搭建式二次開發(fā)技術(shù)，采用快速原型法快速構(gòu)建一個系統(tǒng)原型，在用戶與軟件開發(fā)者試用原型過程中不斷加強(qiáng)通信與意見反饋，反復(fù)評價(jià)、修改，完善系統(tǒng)原型，最終得到使用戶滿意的二三維一體化人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)。二維子系統(tǒng)主要用于信息查詢和空間分析輔助決策，如圖8所示。三維子系統(tǒng)主要經(jīng)絡(luò)用于瀏覽，如圖9所示。

圖8 二維人體經(jīng)絡(luò)信息子系統(tǒng)查詢界面

圖9 三維人體經(jīng)絡(luò)信息子系統(tǒng)瀏覽界面

六、結(jié)束語

本文借鑒城市公交地理信息系統(tǒng)的構(gòu)建方法，分層處理人體經(jīng)絡(luò)空間數(shù)據(jù)，采用面向服務(wù)的多層體系架構(gòu)，綜合使用Flex、搭建式開發(fā)方法，實(shí)現(xiàn)了二三維一體化的人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)，在滿足經(jīng)絡(luò)信息查詢和空間分析輔助決策的同時(shí)，為用戶提供逼真的三維人體經(jīng)絡(luò)環(huán)境。

[1]黃洪海，陳國棟，劉鳳霞，等.人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)中的個性化信息服務(wù)研究[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2011，258(39）：59-62.

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[8]沈金志，陳新.人體皮膚經(jīng)絡(luò)定位與成像系統(tǒng)的研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2012，48(6）：60-62.

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Design on Two and Three Dimensional Integrated Human Meridian Information System Based on MapGIS IGServer

WU Dehua，YANG Bing，F(xiàn)U Weijun

人體經(jīng)絡(luò)是一個與城市公交系統(tǒng)特點(diǎn)相似的空間系統(tǒng)，可以借鑒城市公交地理信息系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對人體經(jīng)絡(luò)信息的高效管理。針對人體經(jīng)絡(luò)信息化建設(shè)在空間分析方面的不足，本文提出應(yīng)用WebGIS開發(fā)方式為用戶提供強(qiáng)大的空間分析輔助決策能力。系統(tǒng)選用先進(jìn)的MapGIS IGServer作為開發(fā)平臺，按專題分層組織空間數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)中心為內(nèi)核，采用面向服務(wù)的4層體系架構(gòu)，運(yùn)用Flex和搭建式二次開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對經(jīng)絡(luò)信息的查詢定位、反射區(qū)分析、三維瀏覽等功能。試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)不僅克服了當(dāng)前主流人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)空間分析能力弱的不足，而且實(shí)現(xiàn)了二三維人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)的一體化，能夠滿足不同用戶的需求，為構(gòu)建人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)提供了一種新方法。

三維；WebGIS；經(jīng)絡(luò)；空間分析

P208

B

0494-0911(2014）10-0121-04

2014-07-29

湖南省教育廳科學(xué)研究一般項(xiàng)目(13C109）；湖南省高校創(chuàng)新平臺開放基金(13K114）；湖南省自然科學(xué)基金(13JJ6073）

吳德華(1976―），男，湖南岳陽人，博士，講師，主要從事空間決策支持研究。

吳德華，楊冰，傅偉軍.基于MapGIS IGServer的二三維一體化人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].測繪通報(bào)，2014(10）：121-124.

10. 13474/j.cnki.11-2246.2014.0347