基于MapInfo的分布式預(yù)測圖形仿真系統(tǒng)設(shè)計

辛偉彬+李強

摘 要： 針對地圖信息系統(tǒng)輸出圖形坐標系分布不均問題，設(shè)計基于MapInfo的分布式預(yù)測圖形仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)可視化地圖信息輸出。設(shè)置控制點坐標，根據(jù)虛擬環(huán)境的地圖數(shù)據(jù)構(gòu)建三維模型，通過AutoCAD程序動態(tài)地生成電子地圖。采用圖層控制技術(shù)自動跟蹤地圖的空間坐標，在MapInfo中顯示柵格地圖，將各種地圖信息數(shù)據(jù)通過程序加載模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)在線調(diào)度，自動生成地圖信息，實現(xiàn)分布式預(yù)測圖形仿真系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。仿真結(jié)果表明，采用該系統(tǒng)進行地理圖形仿真系統(tǒng)設(shè)計，輸出圖形的坐標系分布準確，顯示地圖信息的準確度較高，圖形的自動跟蹤性能較好。

關(guān)鍵詞： MapInfo； 地圖信息； 分布式預(yù)測圖形； 坐標系； 圖像處理； AutoCAD

中圖分類號： TN911.73?34； TP311 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）24?0109?03

Abstract： In allusion to the uneven distribution of graphic coordinates output by the map information system， a distributed predictive graphics simulation system based on Mapinfo is designed to realize output of visualized map information. The control point coordinates are set. The three?dimensional model is constructed according to map data in virtual environment. The electronic map is dynamically generated by using the AutoCAD program. The map layer control technology is adopted for automatic track of map space coordinates to display the grid map in MapInfo. The program loading module is used for online scheduling of various map information data to automatically generate map information and realize optimization design of the distributed predicative graphics simulation system. The simulation results show that the system for geographic map simulation system design has accurate coordinate distribution of output graphics， high accuracy in displaying map information， and good performance of graphics automatic tracking.

Keywords： MapInfo； map information； distributed predictive graphics； coordinate system； image processing； AutoCAD

0 引 言

隨著地圖數(shù)字化技術(shù)發(fā)展，地理信息系統(tǒng)軟件不斷升級，MapInfo是美國MapInfo公司開發(fā)最新的地理圖形制作軟件。采用MapInfo進行分布式預(yù)測圖形仿真系統(tǒng)設(shè)計，在MapInfo中顯示柵格地圖，根據(jù)投影地圖實現(xiàn)地圖信息轉(zhuǎn)換和數(shù)字化圖形輸出，提高對地理位置圖形化標準能力，研究相應(yīng)圖像仿真系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法，在衛(wèi)星定位、地圖軟件制作、導航系統(tǒng)設(shè)計等領(lǐng)域有應(yīng)用價值[1]。利用MapInfo軟件作為繪圖工具，進行圖形仿真系統(tǒng)開發(fā)，難點在于數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、地圖穩(wěn)健存放、柵格地圖繪制及經(jīng)/緯度投影等問題。本文提出基于多線程數(shù)據(jù)調(diào)度和地理場景模型數(shù)據(jù)庫嵌入式設(shè)計分布式預(yù)測圖形仿真系統(tǒng)設(shè)計方法。

1 圖形仿真系統(tǒng)處理過程

1.1 圖形預(yù)變形與旋轉(zhuǎn)處理

1.2 圖形仿真系統(tǒng)的渲染過程

在MapInfo構(gòu)架環(huán)境下，分布式預(yù)測圖形仿真系統(tǒng)的渲染層分為三層體系結(jié)構(gòu)，分別為地理信息感知層、圖形處理層和圖形輸出層。

利用紋理映射技術(shù)進行圖形的透視變換處理，在進行地理環(huán)境創(chuàng)建中，在三維圖形觀察器中，為了減少渲染過程開銷，用實動畫序列進行動態(tài)跟蹤渲染，在Face Tools中調(diào)整網(wǎng)格，組織個別部件進行紋理篩選和刪減，提高圖像仿真系統(tǒng)輸出的穩(wěn)定性[5]。

通過Geometry Tools把地理信息的數(shù)字信息轉(zhuǎn)化為圖形信息，提高物體輸出的光澤感，采用Insert Materials tool圖形渲染工具進行貼圖處理，提高分布式預(yù)測圖形仿真系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性。

根據(jù)上述設(shè)計，得到基于MapInfo分布式預(yù)測圖形仿真系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)的軟件開發(fā)實現(xiàn)

2.1 開發(fā)環(huán)境

在MapInfo軟件環(huán)境下，進行圖像仿真系統(tǒng)的軟件開發(fā)設(shè)計，采用 MVC模型構(gòu)建圖形渲染系統(tǒng)的控制組件，采用MySQL 作為默認系統(tǒng)，進行分布式預(yù)測圖形仿真系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)知識規(guī)則庫的結(jié)構(gòu)重組。運用開放API集群服務(wù)器進行人工、半自動數(shù)據(jù)采選，采用立體測圖儀或立體坐標儀獲取地形數(shù)據(jù)，采用攝影像、機載激光掃描儀掃描生成SAR/INSAR圖像。采用分塊內(nèi)插和逐點內(nèi)插方法獲取預(yù)測圖像仿真系統(tǒng)的DEM數(shù)據(jù)。本文設(shè)計的地理圖形仿真系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)來源于國家地理信息中心，系統(tǒng)主要由面向圖的管理模塊、Grid DEM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、遙感圖像處理模塊和通信模塊構(gòu)成[6]。對各個模塊的軟件設(shè)計描述如下。endprint

2.2 圖形管理模塊

圖形管理模塊由底層數(shù)據(jù)庫、圖形數(shù)據(jù)處理中心和地形對象渲染模塊構(gòu)成。在Multigen Terrain模塊中采用立體測圖儀進行地理信息感知。在DED文件中采用MapInfo軟件對每個地形標桿進行數(shù)據(jù)采樣，從最低分辨率的LOD開始，采用相鄰LOD間的圖形紋理生成方式實現(xiàn)更高分辨率地形分片處理，圖形管理模塊的網(wǎng)格由2×2個地形對象組成，獲取DEM數(shù)據(jù)，采用三維變形技術(shù)進行高分辨的圖像信息采樣。在根文件系統(tǒng)中進行圖像仿真的SuperViVi移植處理，提高系統(tǒng)的兼容性，構(gòu)建虛擬文件系統(tǒng)的圖形中間件，設(shè)計圖像仿真系統(tǒng)的控制模塊，構(gòu)建數(shù)據(jù)同步接口，在嵌入式Web服務(wù)下進行Socket編程設(shè)計，使用DMA方式發(fā)送地理位置信息，把采集參數(shù)數(shù)據(jù)經(jīng)過路由節(jié)點傳輸?shù)街醒胩幚韱卧?，在圖形仿真系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯層動態(tài)添加行、列等數(shù)據(jù)[7]。利用ADO.NET組件庫進行圖形仿真系統(tǒng)的注冊、登錄、編譯生成可執(zhí)行程序代碼，通過圖形處理軟件實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)控制。

2.3 Grid DEM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊

Grid DEM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊實現(xiàn)對地理圖形數(shù)據(jù)數(shù)/模轉(zhuǎn)換，創(chuàng)建模型數(shù)據(jù)庫，用Creator的Terrain菜單模塊構(gòu)建地理圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，將地理圖形數(shù)據(jù)通過實時信號傳輸方法輸入到混合服務(wù)器中。在混合操作時，用同步源標識地形區(qū)域，使用批處理模塊進行圖形的顏色、紋理、材質(zhì)屬性渲染，在實時三維應(yīng)用開發(fā)環(huán)境下進行創(chuàng)建應(yīng)用程序，使用Vega Prime編輯器實現(xiàn)分布預(yù)測圖形的幾何學建模[8?9]。在地理圖形三維空間坐標系中，采用Vsgu生成大面積地形文件，編譯不同的ACF文件，使用MulitGen Creator和ModelBuilder 3D實現(xiàn)Vega Prime庫分類和Grid DEM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

2.4 遙感圖像處理模塊

遙感圖像處理模塊對圖形采集、濾波和信息融合處理，底層的圖形庫抽象采用OpenGL進行圖像處理，在MapInfo開發(fā)軟件中建立MS Access數(shù)據(jù)庫，利用MapBasic編程生成的*.mbx文件，按邊界地理編碼方法直接改變數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)。采用VP類庫、VSG類庫作為圖像存儲的緩存數(shù)據(jù)庫，在Lynx Prime中建立遙感圖像處理的幾何結(jié)構(gòu)單元，建立分辨率為8×8網(wǎng)孔，對電子地圖數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)信息處理，采用大量多邊形進行圖形拼接，根據(jù)仿真環(huán)境動態(tài)場景變化，按照LOD方法進行圖形管理。以邏輯組形式實現(xiàn)地理圖形信息數(shù)據(jù)加載和在線調(diào)度，為地理圖形分布式生產(chǎn)和預(yù)測提供圖像輸入基礎(chǔ)，并實現(xiàn)特殊圖像處理效果。

3 系統(tǒng)仿真實驗

對分布式預(yù)測圖像仿真系統(tǒng)的調(diào)試建立在MapInfo圖形處理軟件環(huán)境中。在Windows Forms中開發(fā)仿真系統(tǒng)的GUI界面，程序編譯后生成機器代碼，采用編程語言進行圖形處理軟件開發(fā)，讀取地理信息數(shù)據(jù)。在ASP.NET處理端口將邏輯控制指令和后臺程序代碼分開，執(zhí)行圖形生成代碼，并通過二維層次結(jié)構(gòu)圖靈活地加載數(shù)據(jù)庫，在三維圖形觀察器觀察輸出圖形，得分布式預(yù)測圖形仿真輸出，如圖2所示。

為了證明所設(shè)計分布式預(yù)測圖形仿真系統(tǒng)有效性以及其預(yù)測精度等優(yōu)勢，根據(jù)圖形仿真輸出結(jié)果，下面進行相關(guān)分析，如圖3所示。

從圖3可看出，在實驗的前兩次坐標的吻合度并不高，在50%左右。這是因為在實驗剛開始時干擾因素較多，設(shè)備調(diào)試存在一些問題。經(jīng)一些調(diào)整以及實驗過程設(shè)備自我調(diào)整，在第3次實驗之后，坐標吻合度較高，且一直是上升趨勢，第5次實驗坐標吻合度增加到97%左右，對實際信息反映能力好。由于地理信息數(shù)量龐大，且復雜性高，預(yù)測圖形時對地理信息反映完備性很關(guān)鍵，下面通過所提方法設(shè)計系統(tǒng)與傳統(tǒng)方法對比，來分析兩種方法對大量地理信息提取預(yù)測完備性見圖4、圖5。

由圖4、圖5可知，傳統(tǒng)方法面對大量地理圖形信息進行預(yù)測，從數(shù)值上看效果還是比較好，但穩(wěn)定性差，當圖形預(yù)測范圍逐漸增大時，所預(yù)測信息量出現(xiàn)大幅度波動。本文方法信息預(yù)測量一直較為平穩(wěn)，且呈現(xiàn)遞增狀態(tài)。當信息量達到了5 500～6 000時，出現(xiàn)一次較低值，之后又恢復上升趨勢，在這段區(qū)域內(nèi)信息點是比較密集的，系統(tǒng)容易出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。

4 結(jié) 語

本文提出基于MapInfo的分布式預(yù)測圖形仿真系統(tǒng)設(shè)計方法，實現(xiàn)可視化的地圖信息輸出。系統(tǒng)由面向圖的管理模塊、Grid DEM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、遙感圖像處理模塊和通信模塊構(gòu)成。實現(xiàn)分布式預(yù)測圖形仿真系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計。研究表明，采用該系統(tǒng)進行地理圖形仿真系統(tǒng)設(shè)計，輸出圖形的坐標系分布準確，顯示地圖信息的準確度較高，圖形的自動跟蹤性能較好。

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