SuperMap GIS 6R 二三维缓存策略

SuperMap GIS 6R二三维缓存策略 冯振华 1 1研发中心,

北京超图软件股份有限公司，酒仙桥，北京

摘要 本文总结了SuperMap GIS 6R提供的一整套二三维缓存策略，分别从缓存类型、缓存文件的目录结构、数据准备、“紧凑”文件格式、数据压缩等方面阐述了SuperMap GIS 6R缓存策略的新特性，并在此基础上提出了一系列高效、成体系的使用方法，涵盖了用户从拿到数据、到生成缓存、再到服务器端部署、最后到客户端浏览等一系列的高效使用方法。

关键词：缓存策略；SuperMap GIS 6R；紧凑格式；切片（Tile）

ABSTRACT This paper summarizes complete Data Cache strategy of SuperMap GIS 6R, including cache type, structure of Cache directory, preparing data, compact format, data compression , and other new features of SuperMap GIS 6R.Further more, a series of efficient method are proposed to the Cache user, contains the obtaining of the data, building Cache for Data, the Data publishingfor Server, and the accessing to Data in Client .

Keywords: Data Cache strategy; SuperMap GIS 6R; Compact; Tile

1. 引言 缓存策略是把空间数据按照一定的规则切分成一个个切片（Tile）文件，再通过特定的文件索引目录结构来组织这些文件的一种策略。该策略有效的提升产品性能，保证了数据在桌面的快速加载与显示、客户端的高效浏览、服务器端的快速发布。 现在，SuperMap GIS 6R提供了一整套完备的二三维缓存策略。用户可以应用SuperMap GIS 6R桌面产品生成影像缓存、地形缓存、矢量缓存、模型缓存、二维地图缓存、三维地图缓存。另外，一个三维场景可以直接部署到服务器端由SuperMap GIS 6R服务器产品动态发布，也可以通过桌面直接生成一个场景缓存，再部署到服务器端发布，而且发布的缓存数据会在客户端创建相应的缓存数据，以保证客户端高效的浏览。

2. 影像/地形缓存策略 创建影像/地形数据缓存是通过对栅格数据进行重采样，建立一系列不同分辨率层次的影像/地形切片（Tile）文件集合，从而在应用时根据场景显示分辨率的不同动态的加载、下载相应分辨率的切片文件。由于切片文件通过特定的金字塔文件索引目录结构来组织，进而可以提升数据应用的效率。 2.1 影像/地形缓存的金字塔文件目录结构 金字塔结构是基于全球经纬度坐标系进行的四叉树划分，如图1，每个切片称为一个Tile，通过层、行、列的文件目录结构组织每个Tile文件，构成的金字塔结构。

全球范围 第0层分块（1行2列） 第1层分块（2行4列） 第2层分块（4行8列） 图中棕色坐标表示每个分块的行列坐标值，格式为（行号，列号） 图1经纬度坐标系全球剖分规范示意图

每个Tile的行、列号从左上角开始起算。通常零层每个Tile的跨度是180度，但当然如果为了兼容其它缓存数据，比如说NASA的影像或地形缓存数据，那就不再是180度了，而是36度，可以通过修改配置文件的相应标签，加载这些缓存数据。 每个影像/地形缓存数据会有一个扩展名为.sci3d（.sct）的配置文件，配置文件记录了金字塔目录结构的信息和缓存文件的格式信息。

2.2 数据准备 生成影像缓存的数据可以是栅格数据集或者SIT（可以是地理坐标系、投影坐标系，但不能是平面坐标系的数据），生成地形缓存数据可以是非平面坐标系的DEM（或GRID）数据集。投影坐标系的数据在生成缓存后，会被转换为地理坐标系的数据，以避免在加载时再对数据做动态投影转换。 另外，已有的影像/地形缓存数据，比如NASA的影像缓存数据或者旧版本的地形、影像缓存数据，可以以数据源（Image Plugin数据源）的方式打开，然后再生成新的缓存数据。

2.3 缓存的文件格式 在SuperMap GIS 6R中，缓存增加一种“紧凑”文件格式，是“紧凑”而非压缩，即在“列”所对应的文件夹下，不再是N个裸露的小文件（影像缓存是N张图片），而是把这N个小文件打包成一个可加密的“紧凑”文件，对于影像缓存来说，该文件不再是一张张一览无余的png/jpg图片数据，所以保证了用户的数据在客户端是安全的。

与原始文件格式相比，紧凑型存储方式具有以下优势：  有利于缓存数据的拷贝、部署；  缩短缓存创建的时间耗费；  提高客户端缓存文件获取性能；  数据支持加密 。 另外，为了加快缓存数据下载的速度，在SuperMap GIS 6R中，提供了一些针对Tile文件的压缩类型（每个小文件被打包到“紧凑”文件之前会先被压缩）。在生成影像缓存数据时，用户可以指定生成“JPG_PNG”图片格式的缓存数据，该混合格式的数据，不仅可以像PNG32格式一样支持边界透明，同时数据总体大小要比PNG32格式的数据小3-5倍。当然，如果不需要支持边界透明，可以指定生成JPG图片格式的影像缓存数据，那样生成的缓存数据量会更小。地形缓存提供了ZIP压缩类型，压缩后的数据比原始数据小5倍左右。生成压缩格式的缓存数据，可以大大加快数据传输的性能。

3. 矢量/模型缓存策略 在SuperMap GIS 6R中，提供了一种新的缓存——矢量/模型缓存，可以把矢量数据集（可以是包含模型数据的CAD数据集）或者配好地理位置的模型文件，按照适合的地理跨度（对应的是基于经纬度坐标系的金字塔的某一层）切分成一个个切片（Tile）文件集合。切片文件通过特定的文件索引目录结构来组织，与影像缓存类似，唯一的不同是，矢量/模型缓存数据只有金字塔结构中的某一层，从而有力的支持了三维客户端高效的浏览矢量、模型数据。

3.1 矢量/模型缓存单层的文件目录结构 矢量/模型缓存与影像缓存的金字塔文件结构类似，唯一的不同是，矢量/模型缓存只取金字塔结构中的某一层，系统会根据数据，提供一个默认的层级，用户也可以根据自己所想切分的Tile的颗粒度，适当的调整层级。但是，最终遵循的原则是，城市级别的数据，应该在城市级别浏览的尺度来切分数据，而不应该在更大或者更小的尺度来切分。 每个矢量/模型缓存都会有一个扩展名为.scv的配置文件，配置文件记录了缓存所在金字塔的层级、缓存文件的格式信息、矢量的类型等信息。另外，为了方便用户调整和权衡矢量/模型缓存浏览的性能和效果，在矢量/模型缓存配置文件里增加了一个标签LevelWidth，根据该标签的定义，用户在进行浏览时，绘制的Tile的数量是LevelWidth×LevelWidth，用户可以调整它的大小，以方便在浏览性能和效果之前权衡，如果LevelWidth大，场景会显示得很饱满，同时性能会带来一定损失。 矢量/模型缓存的每个切片（Tile）都被存储为一个几何文件(.scvb)和一个属性文件(.scvd)，几何文件和属性文件配对出现，文件内部通过ID保持几何对象与属性信息的关联。SuperMap GIS 6R在桌面和三维客户端加载了矢量/模型缓存后，支持选中对象的属性查询。 对于模型缓存，会有一个单独的“纹理”文件夹，保存纹理数据，用户可根据需要对纹理创建不同的LOD层级，以加快下载、浏览的速度。

3.2 数据准备 对于矢量缓存，目前支持点数据集、线数据集、面数据集、文本数据集、CAD数据集生成矢量缓存。矢量数据集可以是投影坐标系和地理坐标系，投影坐标系的矢量数据集会在生成缓存时，转换为地理坐标系的数据，以避免在加载时，再对数据做动态投影转换。 生成模型缓存时，需要对模型数据（目前支持*.sgm 和 *.3ds两种格式）匹配一个地理位置，以及对其空间大小进行调整，以便在同一个空间参考系下浏览。具体制作方法可以参考SuperMap GIS 6R相关产品资料文档。另外，可以直接使用SuperMap GIS 6R提供的模型导出插件，从3DMAX软件中导出成CAD数据集或者模型缓存。包含有模型数据的CAD数据集可以通过桌面方便的生成模型缓存，模型缓存数据也可以方便的导入到CAD数据集。当需要对旧版本的模型缓存数据版本升级时，可以先把模型缓存数据导入到模型数据集，再生成新的模型缓存。 3.3 缓存文件格式 矢量/模型缓存也提供了“原始”和“紧凑”两种缓存格式，用户可以根据需要选择适合的格式。 另外，矢量/模型缓存的属性文件(.scvd)默认是ZIP压缩格式，几何文件(.scvb) 默认是LZMA压缩格式，以保证高效的传输。

4. 二、三维地图缓存策略 二维地图缓存和三维地图缓存在切分方式上有明显的差别，二维地图缓存是基于地图所在的地理范围进行切分的，而三维地图缓存是基于全球经纬度坐标系进行切分的。这也是为什么平面坐标系的地图可以生成二维地图缓存，但不能生成三维地图缓存的原因。SuperMap GIS 6R支持二、三维地图缓存的加载与显示，二、三维地图缓存既可以在三维场景中加载显示，也可以在二维窗口内显示。以下重点谈下三维地图缓存策略。

4.1 三维地图缓存的金字塔文件目录结构 三维地图缓存的文件目录结构与影像缓存结构一致，都是基于全球经纬度坐标系的金字塔结构，采用相同的*.sci3d配置文件，具有“原始”和“紧凑”两种文件组织格式。 但与影像缓存相比，三维地图缓存有其强大的应用空间。

4.2 更强大的应用空间 当用户的影像数据是由若干个影像数据集（几十个甚至几百个）拼接而成的，如果对这些数据集分别生成影像缓存，将会得到对应数量的影像缓存，将如此数量的影像缓存直接加载或者发布，在进行浏览时将会因为图层过多，急大的降低浏览性能。最好的办法就是把这些影像数据集拼接成一张地图，然后生成三维地图缓存，再进行加载或发布。这样您会发现，性能和数据量是无关的，即使再海量的数据，也仅仅表现为一个图层，由此可以保证高效的浏览。 另外，把几十个、几百个矢量数据集生成相应数量的矢量缓存后，再加载或者发布，在进行浏览时，性能也无法达到理想的效果。若把这些数据集配成一张地图，再生成相应的三维地图缓存，就可以在三维场景中高效的浏览了。

4.3 数据准备 生成三维地图缓存时，需要先对地图做一些检查工作。地图数据不能包含有平面坐标系的数据集；其次如果地图不是地理坐标系的，需要指定地图支持动态投影，并把地图的坐标系修改成WGS84的地理坐标系，然后再生成三维地图缓存。