三維空間數據預調度方法及其系統的製作方法
2023-09-20 10:11:20
專利名稱：三維空間數據預調度方法及其系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及地理空間信息系統技術領域，尤其涉及一種基於視點預測與數據內容相關性的三維空間數據預調度方法及其系統。
背景技術：
預調度是指在三維空間數據調度過程中，採用一定的預測模型，將有可能被調度出來的對象預先調度出來，以加快數據繪製的速度。目前，預調度的研究主要集中在地形數據的調度上，如在地形的三維可視化系統中，為了保證系統的實時交互性，系統需要根據用戶視點的移動情況判斷視點下一步可能會瀏覽的地形數據，通過調度傳輸線程進行預裝載。預裝載的目的是為了系統儘量地減小在地形繪製時等待地形數據裝載的時間，如果當地形塊已經進入到可視範圍後再去裝載的話，除去地形繪製的時間，在每一幀的顯示中就會有一個停滯等待地形數據裝載的時間，這樣系統的實時性和連貫就會大打折扣。關於三維可視化系統的預取策略，人們做了大量的研究，並得出了很多預取理論和算法。但是這些算法都比較複雜，得到每一次的預取結果都需要經過大量的計算，往往達不到預裝載的效果。三維空間數據的預調度算法需要統計分析實時調度的信息，進行視點等信息的預測。由於三維空間數據類型的多樣性、數據結構的複雜性，難以像地形數據那樣通過分層分塊的簡單規則進行快速的預調度處理。
發明內容
本發明為解決上述技術問題，提供一種效率更高的三維空間數據預調度方法，其包括以下步驟:步驟Al，實時收集三維可視化視點信息；步驟A2，分析三維可視化視點運動規律，對下一步三維可視化視點信息進行預測，建立基於預測視點的三維要素數據預調度任務；步驟A3，基於三維空間數據的數據內容相關性分析，建立三維要素數據內容相關數據的預調度任務；步驟A4，根據三維可視化視點變化情況對預調度任務進行調整，從預調度任務隊列中刪除不必要的預調度任務。優選地，生成所述三維空間數據的預調度任務包括以下步驟:步驟BI，接收到一個客戶端用戶的三維空間查詢請求後，將該三維空間查詢請求涉及的包圍盒與請求時間信息保存到所述客戶端用戶所屬的實時查詢包圍盒集合中；步驟B2,將所述包圍盒與所述實時查詢包圍盒集合中原有的包圍盒按請求時間進行統計分析，預測得到視點的移動方向；步驟B3，基於所述視點的移動方向，計算下一步可能會需要調度的預測包圍盒；步驟B4，通過三維空間索引對所述預測包圍盒進行檢索，得到所述預測包圍盒內符合要求的三維要素ID集合，建立基於三維要素ID集合的三維要素數據預調度任務；
步驟B5，基於三維要素數據與三維材質數據、三維紋理數據的數據內容相關性，依次建立三維材質數據預調度任務和三維紋理數據預調度任務；步驟B6，採用預調度任務線程池的空閒線程執行新生成的所述預調度任務，進行三維空間資料庫的預取；步驟B7，將從三維空間資料庫預調度的數據放入應用伺服器緩存中管理，並根據需要中斷不需要的預調度任務。優選地，所述三維空間數據包括三維要素數據、三維材質數據、三維紋理數據以及屬性數據中的一種或多種。所述三維要素數據、三維材質數據以及三維紋理數據在進行數據預調度時按照優先級從高到低排列。優選地，所述三維空間數據的數據內容相關性是指所述三維要素數據的多層次細節之間相互關聯的，在調度三維要素數據時，按照多層次細節先粗級別後細級別的順序進行調度，三維空間數據的數據內容相關性還包括三維要素數據與三維材質數據的相關性，三維材質數據與三維紋理數據的相關性，即三維要素數據與三維材質數據存在關聯關係，三維材質數據與三維紋理數據存在關聯關係。本發明同時提供了一種三維空間數據預調度系統，建立了三維空間數據預調度框架，所述三維空間數據預調度框架包括任務優先權隊列組、調度器組以及任務管理器組，所述任務優先權隊列組包括數據讀取優先權隊列、數據預取優先權隊列以及數據撤銷優先權隊列；所述調度器組包括數據讀取調度器、數據預取調度器以及數據撤銷調度器；所述任務管理器組包括數據預取任務生成器以及數據撤銷任務管理器。優選地，所述客戶端用戶的三維空間數據查詢請求通過網絡發到應用伺服器，首先進入數據讀取優先權隊列中，數據讀取調度器從數據讀取優先權隊列中按照優先級先後順序獲取數據調度任務，並從三維空間資料庫中獲取數據；數據預取任務生成器實時監測數據讀取優先權隊列的新任務，根據客戶端實時發送過來的新的三維空間數據查詢，生成數據預取的調度任務，並按照優先權級別放在數據預取優先權隊列中，通過數據預取調度器進行預調度任務的執行；數據撤銷任務管理器實時監測數據讀取優先權隊列的變化，並進行統計分析，分析可視化實時發送的前後數據讀取任務是否跨越過大的空間範圍，即視點是否變化過大，如果視點變化過大則及時對數據預取優先權隊列中的任務進行處理，將已生成但不需要預調度的預取任務放在數據撤銷優先權隊列中，通過數據撤銷調度器在數據撤銷任務管理器中進行預取任務的撤銷。優選地，其還包括實時調度任務，所述實時調度任務和預調度任務分別被實時調度任務線程池和預調度任務線程池處理，處理預調度任務的優先級始終低於處理實時調度任務的優先級。本發明通過對三維空間數據調度信息的統計分析，建立合理視點預測，並在此基礎上根據三維空間數據內容的相關性進行相關聯的各類型三維空間數據的調度，建立基於視點預測和數據內容相關性的三維空間數據預調度策略，可以有效提高三維空間數據調度的效率。
圖1為本發明三維空間數據預調度方法一實施例流程圖；圖2為本發明生成三維空間數據的預調度任務流程圖。
具體實施例方式下面將結合附圖以及具體實施例來對本發明作進一步詳細說明。如圖1所示，為本發明三維空間數據預調度方法一實施例流程圖。本發明的三維空間數據預調度方法其包括以下步驟:步驟Al，實時收集三維可視化視點信息，具體操作為:收集每次三維可視化視點的信息，三維可視化過程中，根據三維可視化的視點信息(如運動方向、運動速度等信息)進行三維空間數據的動態調度，轉換為多個三維空間包圍盒的三維空間範圍查詢，根據這些三維空間範圍查詢條件進行三維空間數據的調度。為了進行下一步三維視點信息的預測，需要對最近幾次的三維可視化視點信息都進行收集與統計，然後統計計算三維可視化的視點信息。步驟A2，分析三維可視化視點運動規律，對下一步三維可視化視點信息進行預測，建立基於預測視點的三維要素數據預調度任務，具體操作為:對收集的三維可視化視點信息進行統計分析，對下一步可能的三維可視化視點信息進行預測，同時將該三維可視化視點信息的數據調度任務轉換為多個新的三維空間包圍盒的範圍查詢，為第一優先級的調度任務預測；隨著視點的運動信息等的預測，三維要素對象的幾何數據有可能調度更精細層次的三維要素幾何數據，因此也對應生成新的三維要素對象對應的細節層次的三維要素幾何數據，作為第二優先級的預調度任務。步驟A3，基於三維空間數據的數據內容相關性分析，建立三維要素數據內容相關數據的預調度任務，具體操作為:基於三維空間數據的數據內容的相關性分析，需要更新多細節層次的三維要素幾何數據，通過數據內容相關性，得到新細節層次的三維要素幾何數據對應的三維材質數據和三維紋理數據，為第三優先級的預調度任務。步驟A4，根據三維可視化視點變化規律進行三維空間數據的預調度任務，從預調度任務隊列中刪除不需要的預調度任務，具體操作為:在生成預調度任務並執行的同時，還繼續對三維可視化的視點信息進行收集和分析，及時對三維可視化的運動規律進行統計分析，對已生成的預調度任務進行評價，由於視點的急劇變化，往往一些已生成的預調度任務已不再需要，需要及時從預調度任務隊列中刪除不再需要執行的預調度任務。在上述實施例中，所述三維空間數據包括三維要素數據、三維材質數據以及三維紋理數據，所述三維要素數據、三維材質數據、三維紋理數據在進行數據調度時按照優先級從高到低排列。在其它實施例中，所述三維空間數據包括三維要素數據、三維材質數據、三維紋理數據以及屬性數據中的一種或多種皆可，同樣在進行數據調度時按照優先級從高到低排列。在上述實施例中，所述三維空間數據的數據內容相關性是指所述三維空間數據按照多層次細節是相互關聯的，三維空間數據的數據內容相關性還包括三維要素數據與三維材質數據的相關性，三維材質數據與三維紋理數據的相關性，即三維要素數據與三維材質數據存在關聯關係，三維材質數據與三維紋理數據存在關聯關係，在調度三維空間數據時，按照多層次細節先粗級別後細級別的順序進行調度，同時按照先三維要素對象數據、三維材質數據以及三維紋理數據的先後順序進行調度。在上述實施例中，本發明同時提供了一種三維空間數據預調度系統，為了更高效地執行三維空間數據的調度，建立了三維空間數據預調度框架，所述三維空間數據預調度框架包括任務優先權隊列組、調度器組以及任務管理器組，所述任務優先權隊列組包括數據讀取優先權隊列、數據預取優先權隊列以及數據撤銷優先權隊列；所述調度器組包括數據讀取調度器、數據預取調度器以及數據撤銷調度器；所述任務管理器組包括數據預取任務生成器以及數據撤銷任務管理器。具體的，所述客戶端用戶的三維空間查詢請求通過網絡發到應用伺服器，首先進入數據讀取優先權隊列中，數據讀取調度器從數據讀取優先權隊列中按照優先級先後順序獲取數據調度任務，並從三維空間資料庫中獲取數據；數據預取任務生成器會實時監測數據讀取優先權隊列的新任務，根據客戶端實時發送過來的新的三維空間數據查詢，生成數據預取的調度任務，並按照優先權級別放在數據預取優先權隊列中，通過數據預取調度器進行預調度任務的執行；數據撤銷任務管理器也會實時監測數據讀取優先權隊列的變化，並進行統計分析，分析可視化實時發送的前後數據讀取任務是否跨越過大的空間範圍，即視點是否變化過大，如果視點變化過大需要及時對數據預取優先權隊列中的任務進行調整，將一些已生成但不需要預調度的預取任務放在數據撤銷優先權隊列中，通過數據撤銷調度器在數據撤銷任務管理器中進行預取任務的撤銷。上述實施例中，為了保證實時調度任務不受預調度任務的影響，所述實時調度任務和預調度任務分別被實時調度任務線程池和預調度任務線程池處理，處理預調度任務的優先級始終低於處理實時調度任務的優先級。如圖2所示，為本發明生成三維空間數據的預調度任務流程圖，本發明的生成所述三維空間數據的預調度任務包括以下步驟:步驟BI，接收到一個客戶端用戶的三維空間查詢請求後，將該三維空間查詢請求涉及的包圍盒與請求時間信息保存到所述客戶端用戶所屬的實時查詢包圍盒集合中；步驟B2,將所述包圍盒與所述實時查詢包圍盒集合中原有的包圍盒按請求時間進行統計分析，預測得到視點的移動方向；步驟B3，基於所述視點的移動方向，計算下一步可能會需要調度的預測包圍盒；步驟B4，通過三維空間索引對所述預測包圍盒進行檢索，得到所述預測包圍盒內符合要求的三維要素ID集合，建立基於三維要素ID集合的三維要素數據預調度任務；步驟B5，基於三維要素數據與三維材質數據、三維紋理數據的數據內容相關性，依次建立三維材質數據預調度任務和三維紋理數據預調度任務；步驟B6，採用預調度任務線程池的空閒線程執行新生成的所述預調度任務，進行三維空間資料庫的預取；步驟B7，將從三維空間資料庫預調度的數據放入應用伺服器緩存中管理，並根據需要中斷不需要的預調度任務。本發明主要是根據客戶端用戶視點的運動規律來預測用戶下一步可能會可視化的區域範圍，因此適用於對於視點變化不太劇烈的情況。但是，視點的實際運動方向其實是由用戶自己掌握的，具有不可預見性，所以當我們的預調度算法不合理或用戶突然改變運動方向時，預調度機制可能會失敗或無效，這時的預調度任務反而會給三維空間數據的實時調度任務造成額外的負擔。因此，針對客戶端用戶視點發生急劇變化的特殊情況，需要對前面已生成的預調度任務及時進行終止和取消。因此，在三維空間數據預調度機制的基礎上，建立了一套完整的三維空間數據預調度任務的中斷機制。對每個不同的客戶端，在應用伺服器端都有其固定IP位址和埠號，生成一個客戶端唯一的I D號；通過客戶端ID，給每個客戶端綁定兩個隊列，一個是實時調度包圍盒隊列，一個是預調度包圍盒隊列，其中實時調度包圍盒隊列記錄客戶端每次發送的三維空間查詢請求涉及的包圍盒，預調度包圍盒隊列記錄了應用伺服器端每次預測生成的預測包圍盒。在具體實施時，設定一個預調度中斷閾值，記錄已生成待執行的預調度任務的包圍盒與最新的實時調度包圍盒的距離，距離計算以每個包圍盒的中心點為依據進行計算，當計算得到的所述距離遠遠超過預調度中斷閾值，則認為當前調度的數據的區域，和前面調度的數據的區域距離已相差很遠，即當前實時調度的視點已發生了急劇的變化，因此可以取消或中斷前面已生成的預調度任務。可以理解的是，對於本領域的普通技術人員來說，可以根據本發明的技術構思做出其他各種相應的改變與變形，而所有這些改變與變形都應屬於本發明權利要求的保護範圍。
權利要求
1.一種三維空間數據預調度方法，其特徵在於:其包括以下步驟: 步驟Al，實時收集三維可視化視點信息； 步驟A2，分析三維可視化視點運動規律，對下一步三維可視化視點信息進行預測，建立基於預測視點的三維要素數據預調度任務； 步驟A3，基於三維空間數據的數據內容相關性分析，建立三維要素數據內容相關數據的預調度任務； 步驟A4，根據三維可視化視點變化情況對預調度任務進行調整，從預調度任務隊列中刪除不必要的預調度任務。
2.根據權利要求1所述的三維空間數據預調度方法，其特徵在於:生成所述三維空間數據的預調度任務包括以下步驟: 步驟BI，接收到一個客戶端用戶的三維空間查詢請求後，將該三維空間查詢請求涉及的包圍盒與請求時間信息保存到所述客戶端用戶所屬的實時查詢包圍盒集合中； 步驟B2，將所述包圍盒與所述實時查詢包圍盒集合中原有的包圍盒按請求時間進行統計分析，預測得到視點的移動方向； 步驟B3，基於所述視點的移動方向，計算下一步可能會需要調度的預測包圍盒； 步驟B4，通過三維空間索引對所述預測包圍盒進行檢索，得到所述預測包圍盒內符合要求的三維要素ID集合，建立基於三維要素ID集合的三維要素數據預調度任務； 步驟B5，基於三維要素數據與三維材質數據、三維紋理數據的數據內容相關性，依次建立三維材質數據預調度任 務和三維紋理數據預調度任務； 步驟B6，採用預調度任務線程池的空閒線程執行新生成的所述預調度任務，進行三維空間資料庫的預取； 步驟B7，將從三維空間資料庫預調度的數據放入應用伺服器緩存中管理，並根據需要中斷不需要的預調度任務。
3.根據權利要求1所述的三維空間數據預調度方法，其特徵在於:所述三維空間數據包括三維要素數據、三維材質數據、三維紋理數據以及屬性數據中的一種或多種。
4.根據權利要求3所述的三維空間數據預調度方法，其特徵在於:所述三維要素數據、三維材質數據以及三維紋理數據在進行數據預調度時按照優先級從高到低排列。
5.根據權利要求1所述的三維空間數據預調度方法，其特徵在於:所述三維空間數據的數據內容相關性是指所述三維要素數據的多層次細節之間相互關聯的，在調度三維要素數據時，按照多層次細節先粗級別後細級別的順序進行調度；三維空間數據的數據內容相關性還包括三維要素數據與三維材質數據的相關性,三維材質數據與三維紋理數據的相關性，即三維要素數據與三維材質數據存在關聯關係，三維材質數據與三維紋理數據存在關聯關係。
6.一種三維空間數據預調度系統，其特徵在於:建立了三維空間數據預調度框架，所述三維空間數據預調度框架包括任務優先權隊列組、調度器組以及任務管理器組，所述任務優先權隊列組包括數據讀取優先權隊列、數據預取優先權隊列以及數據撤銷優先權隊列；所述調度器組包括數據讀取調度器、數據預取調度器以及數據撤銷調度器；所述任務管理器組包括數據預取任務生成器以及數據撤銷任務管理器。
7.根據權利要求6所述的三維空間數據預調度系統，其特徵在於:所述客戶端用戶的三維空間查詢請求通過網絡發到應用伺服器，首先進入數據讀取優先權隊列中，數據讀取調度器從數據讀取優先權隊列中按照優先級先後順序獲取數據調度任務，並從三維空間資料庫中獲取數據；數據預取任務生成器實時監測數據讀取優先權隊列的新任務，根據客戶端實時發送過來的新的三維空間數據查詢，生成數據預取的調度任務，並按照優先權級別放在數據預取優先權隊列中，通過數據預取調度器進行預調度任務的執行；數據撤銷任務管理器實時監測數據讀取優先權隊列的變化，並進行統計分析，分析可視化實時發送的前後數據讀取任務是否跨越過大的空間範圍，即視點是否變化過大，如果視點變化過大則及時對數據預取優先權隊列中的任務進行調整，將已生成但不需要預調度的預取任務放在數據撤銷優先權隊列中，通過數據撤銷調度器在數據撤銷任務管理器中進行預取任務的撤銷。
8.根據權利要求6所述 的三維空間數據預調度系統，其特徵在於:其還包括實時調度任務，所述實時調度任務和預調度任務分別被實時調度任務線程池和預調度任務線程池處理，處理預調度任務的優先級始終低於處理實時調度任務的優先級。
全文摘要
本發明提供一種三維空間數據預調度方法及其系統，其包括以下步驟步驟A1，實時收集三維可視化視點信息；步驟A2，分析三維可視化視點運動規律，對下一步三維可視化視點信息進行預測，建立基於預測視點的三維要素數據預調度任務；步驟A3，基於三維空間數據的數據內容相關性分析，建立三維要素數據內容相關數據的預調度任務；步驟A4，根據三維可視化視點變化情況對預調度任務進行調整，從預調度任務隊列中刪除不必要的預調度任務。本發明同時提供了一種三維空間數據預調度系統。本發明的三維空間數據預調度方法及其系統基於視點預測以及數據內容相關性分析，數據內容預測準確率更高，數據預調度方式更靈活，可以有效提高三維空間數據調度的效率。
文檔編號G06F9/48GK103092696SQ20121058944
公開日2013年5月8日 申請日期2012年12月29日 優先權日2012年12月29日
發明者李曉明, 許偉平, 簡志堅, 修文群, 張寶運, 李微微 申請人:深圳先進技術研究院