成功申报浙江省教育厅科研项目申请书.docx
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成功申报浙江省教育厅科研项目申请书
项目编号
浙江省教育厅科研项目
申请书
项目名称：
空间数据交换三维景观生成系统关键技术研究
申报单位（盖章）：
职业技术学院
通讯地址（邮编）：
联系（传真）：
项目负责人（签名）：
申请日期：
2008-11-4
浙江省教育厅
二○○五年制
填写说明
1、“项目名称”限25个汉字。
2、“出国情况”请说明国别、境外停留时间。
3、封面的“项目编号”由教育厅填写。
4、封面的“项目负责人”须由本人签名。
5、表格用A4纸打印。
6、“研究类别”含义：
基础研究：
指为获得关于现象和可观察事实的基本原理及新知识而进行的实验性和理论性工作，它不以任何专门或特定的应用或使用为目的。
应用研究：
指为获得新知识而进行的创造性的研究，它主要是针对某一特定的实际目的或目标。
试验发展：
指利用从科学研究和实际经验中所获得的现有知识、生产新材料、新产品、新装置、新流程和新方法，或对现有的材料、产品、装置、流程、方法进行本质性的改进而进行的系统性工作。
推广应用、科技服务：
指与研究与发展活动相关并有助于科学技术知识的产生、传播和应用的活动。
研究
项目
项目名称
空间数据交换三维景观生成系统关键技术研究
研究类别
1.基础研究√2.应用研究3.试验发展4.推广应用√5.科技服务
申报类别
A.重点项目√B.一般项目
学科领域
1.自然科学√2.工程技术3.医学科学4.农业科学5.人文社科6.软科学7.其它
起止时间
2009年3月到2010年8月
成果形式
论文、演示系统
申请
经费
总额
1万元
其中
拨款
1万元
其他经费
及其来源
分年度
拨款
2009年
年
年
年
1万元
万元
万元
万元
项
目
负
责
人
姓名
性别
男
出生年月
1973-04-15
学校名称
职务
分院副院长
所在院系
信息工程学院
职称
副教授
研究方向
模式识别、数据挖掘
最后学历
研究生
出国情况
2004.7-9，澳大利亚进修学习
最后学位
硕士
学位授予国别、学校
中国，工业大学
协作单位
高新区亿时代软件开发
项除
目负
组责
主人
要外
成五
员名
性别
年龄
职称
专业
工作单位
承担任务
签名
女
39
讲师
计算机应用技术
分布式图像渲染技术研究
男
47
副教授
计算机应用技术
分布式算法研究
男
40
高级工程师
软件技术
系统研发主管
男
30
讲师
软件技术
系统开发
男
43
教授
软件技术
数据流模式研究
研要
究技
术
容经
、济
意指
义标
及摘
主要
（限300字）
1．研究的容：
（1）基于web的空间数据整合技术研究；
（2）低配置下（嵌入式设备）数据转换和实时交互技术研究；
（3）分布式网络环境下分布式场景渲染技术研究；
（4）低配置下三维场景图形中的AI交互关键技术研究;
（5）基于Web点击流的空间数据挖掘技术研究。
2.研究意义
本项目研究将直接推动合作企业“空间数据交换三维景观生成应用系统”的产品开发，其将解决Web环境下低配置空间数据交换3D景观生成城市级海量数据的快速交换和计算机图形逼真显示，整合和集成各类相关数据，实现对信息的智能化更新、查询、检索、提取、分析和应用，实现信息共享和交互。
3. 主要技术指标：
（1）提供全方位的规划辅助设计功能，全面满足低配置下数据转换和实时应用和交互的要求；
（2）提供精确、高效的自动三维建模功能，降低人工干预频度；
（3）确保中等规模的三维图形图像在低配置下显现的效果和交互，达到效果图级的效果；
（4）实现空间信息的个性化检索与推荐。
1．本项目研究意义及国外同类研究工作现状（附主要参考文献及出处）：
（一）立项的背景和意义
我国正进入信息化建设的新阶段，数字省区、数字城市、数字社区、数字国防等信息化工程在各地蓬勃发展，但整个行业普遍存在重复建设、共享困难、在技术上核心关键技术难点无法突破，部分核心技术受制于人；运营机制和运行模式不健全等问题，各行业之间缺乏衔接，在消除信息孤岛的同时，形成了新的大孤岛，这种条块现象已成为制约信息化产业的发展。
尤其是应用设备配置要求高，产品价格昂贵，后期维护费用大等问题无法克服，很难得到推广和普及，整体效益尚未发挥出来。
我们正是在这样的行业背景下提出开发基于Web的空间数据交换三维景观生成应用系统，其降低了高薪技术的应用门槛，使得高技术应用平民化，产品集分布式虚拟现实（VR）技术、数字地理信息（GIS）技术、空间数据管理和应用技术、3D图形处理技术等为基础，开发而成的一项综合技术。
该系统解决了Web环境下低配置空间数据交换3D景观生成城市级海量数据的快速交换和计算机图形逼真显示、解决了利用互联网快速浏览的难题。
整合和集成各类相关数据，实现对信息的智能化更新、查询、检索、提取、分析和应用，以提高管理、服务社会、方便生活、支持决策、促进发展，实现信息共享和交互。
其目的在于通过一个完整的系统平台，实现整个空间上所有相关资源信息的无缝融合和交互。
本项目产品可以为政府规划、国土以及公用事业管理部门、大规模公用设施运营商、室设计、房地产开发、工业仿真、文物古迹保护、游戏、Web3D/产品/静物展示、道路桥梁建设、地理信息、远程教育、虚拟演播室中的应用等各个领域提供一个高度集成的解决方案，从而提高政府/企业管理部门的生产力，降低运行维护成本，尤其是可以满足边远地区和不发达地区对信息的迫切需求，使得高技术不再是实验室的样品，不再需要高昂的配置和昂贵的费用，使得普通民众都能得到应用。
本项目产品把几个相互关联的系统（地理信息系统、业务流程管理系统、空间设施管理系统、故障分析管理系统、人员管理系统、工作管理系统）结合起来，将这些系统绑定为一个有效的、全面的解决方案，政府/企业的相关部门或民众可以通过局域网/广域网、Web或其他移动计算技术来按需按权限地快速获取信息或进行管理。
（二）国外研究现状和发展趋势
目前在国际上三维数字城市的概念很热，很多公司、政府机构也开始着手研究与开发。
例如IBM，微软，Google等大公司也开始开发这方面的产品，特别是三维城市的产品，国也有一些公司也在开发三维城市的产品。
不过他们的发展方向跟我们的发展方向不一样，我们做的只是一个数字城市的三维仿真平台，然后在这个平台上运行各种应用以及各种数据接入，所以我们的产品只是一个各种应用的平台，为现实中的所有应用提供了数据接入接口，通过这些接口，可以把现实世界的全部数据搬上计算机中，让现实世界与虚拟世界接近完美的统一。
文献[1]针对我国城市房地产销售管理的现状和房地产市场的前景，以及三维GIS技术、虚拟现实技术（VirtualReality）、可视化技术的快速发展和集成，探讨了三维GIS技术在城市房地产销售管理领域的应用，研究开发了具有自主的城市房地产销售管理系统（RESGIS），为城市房地产的销售管理提供了一种能表达大量信息的宣传载体和一种互动、实时的宣传工具与管理手段。
文献[2]在分析城市空间信息特点和简述三维CIS数据模型的基础上，发展了一种面向城市应用的三维CIS数据模型，即TIN、CSG与B-rep在二维GIS拓扑关系基础上扩展立方体关系的集成数据模型。
文献[3]提出了一种基于面向对象思想的建模方法—聚合派生法：
将模型分为基础模型和应用模型两大部分，其中基础模型由点、线和三角形三类原型及由其通过循环聚合而成的聚合实体构成，它可适用于不同场合；应用模型则是由基础模型通过一些附加条件派生而成。
建模方法的特点是避免了数据冗余、拓扑关系清晰且具有较强的通用性。
[4]就三维GIS在“数字”中应用进行了探讨，阐述了利用三维GIS为政府区域简历三维全信息模型的结构、主要功能及应用。
[5]结合西湖风景区三维仿真项目建设，对如何实现三维城市仿真进行了初步探索，重点介绍了建立三维城市的方法和三维场景的建模方法。
[6]介绍了三维可视化GIS和数码城市的基本概念，结合两种具代表性的优秀国产数码城市GIS软件，探讨了建立数码城市和三维可视化地理信息系统的方法。
[7]介绍一种新兴的城市仿真模型UrbanSim。
[8]给出了一种基于MultiGenCreator的城市仿真中地形的快速构建方法，分析了虚拟城市中地形的特点，阐述了快速构建方法的原理对方法实现过程中的纹理映射、模型优化等几个具体问题进行了分析。
[9]以市某居民小区为例，讨论了一种将Creator和CAD相结合进行三维建模的方法。
[10]探讨了基于Creator和Vega的虚拟环境下三维数字小区模型的建立，实现了对管辖区的所属房产项目进行有效的三维景观再现，空间查询、三维管线设计、三维物业与房产管理、用户的定位管理，对提高小区的物业管理水平有着重要的作用。
[11]提出了基于GIS的城市规划仿真系统设计方案，并在VC++开发环境下以盐田区1：
1000的DOM数据为基础进行开发，探讨了城市仿真领域有待解决的一些技术问题。
[12]根据实际课题开发经验，，提出了建立基于仿真的城市规划信息平台及辅助决策支持系统的系统结构、技术路线，并给出了一些关键技术的解决思路。
结合实际开发，阐明了几个创新点：
城市实时三维信息的数据库管理与多层交互式操作；规划设计的三维辅助审批和建库；多数据源的快速建模方法；规划方案审批及公众参与；城市规划的高效管理、科学决策和顺畅的沟通成为现实。
[13]对数字城市进行了界定，在分析过外研究进展的基础上，主要探讨了我国实现“数字城市”的关键技术，诸如：
虚拟现实技术（VR）、数字城市空间基础设施、多种GIS系统集成模型研究、3D-GIS、三维城市规划、城市仿真与虚拟现实技术、数字城市支持下的数字社区等。
[14]结合西湖景区三维仿真项目建设，对如何实现三维城市仿真进行了初步的探索、重点介绍了建立三维城市的方法和三维场景的建模方法。
[15]介绍了虚拟现实技术及其在城市规划设计中的作用，探讨了城市真三维建模与可视化管理。
[16]介绍了三维虚拟现实系统在城市规划中的作用，并通过西溪湿地三维虚拟场景的建设，阐述了在城市规划中三维虚拟现实系统应具备的基本要求。
[17]结合城市虚拟现实景观系统的研制，分析了三维可视化城市虚拟现实景观系统的关键技术，并对虚拟现实景观在城市规划中的应用进行了展望。
[18]介绍了虚拟现实技术的特点及其在城市漫游领域的初步应用，探讨了城市仿真环境的构建原理及实现方法，并利用图形工作站和三维建模及演示软件达到了在虚拟现实环境互式漫游的目的，结合市科技园区实时漫游系统，给出了具体适用实例。
[19]提出了一种应用三维技术和虚拟现实交互技术来构建三维数字城市的设计思想和实施方案，探讨了具体实现三维数字城市系统二累计的实践经验，介绍了综合运用3DSMAX、AUTOCAD和CULT3D对“实例”进行制作的具体方法和步骤，并给出制作结果。
该系统具有实时浏览和交互操作功能，可在个人PC机和网络上发布应用。
综上所述，根据国公开发表的相关文献容的对比分析，本项目的创新之处在于：
（1）创新点一：
采用自行研发的海量数据处理技术，在512K带宽和一般PC机配置的条件，实现三维数字城市信息快速交换海量数据的快速交换涉及到海量数据的数据高效传输和海量数据的数据快速加载与交互。
（2）创新点二：
采用自行研发的图像处理技术，在512K带宽和一般PC机配置的条件，实现三维数字城市图像的逼真显示一般三维渲染传统都是模型加贴图，贴图越多就越可以到达与真实环境相仿的效果，但是对于数字城市系统，所有的模型数字化，不仅仅是表面，还有部。
如果所有的情况采用贴图，这样的缺点是对硬件要求高，特别一个城市的数据搬上来的时候，那么就不是一般的硬件配置能够承受的，甚至大型图像工作站都难以完全胜任，更不用说普通用户的机器配置了。
所以有些系统就不采用贴图，直接使用一些简单的几何体模拟现实环境，但是这样的效果让人感觉到泛味，没有任何真实感。
我们采用自己独特的模型与图像处理技术，在效果上做到接近真实效果，但是对于硬件的要求却是指数级别降低，硬件的需求只要当前普通的PC机配置就可以流畅的运行。
（3）创新点三：
基于多Agent系统，采用网络分布式虚拟现实技术，实现异构环境下多部门数字信息资源无缝整合和共享。
目前各个行业各个部门的数据都有自成一体的格式和通信协议，在这种状况下共享几乎是很困难。
并且在很多的部门数据过于庞大，对于一般机器处理能力都是一个很大的挑战，数据量大，也给服务器带来很大负荷问题，这样的困难给推广应用带来很大的阻力。
为了解决这个问题，我们采用异构分布式处理。
（4）采用基于Web的点击流数据挖掘技术，实现空间信息的个性化检索与推荐。
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2．主要研究容、目标、方案和进度及拟解决的关键问题：
（一）本项目需要研究的容：
（1）基于web的空间数据整合技术研究；
（2）低配置下（嵌入式设备）数据转换和实时交互技术研究；
（3）基于多Agent的相关任务调度系统，实现分布式网络环境下场景渲染技术研究；
（4）低配置下三维场景图形中的AI交互关键技术研究;
（5）基于Web点击流的空间数据挖掘技术研究，以实现空间信息的个性化存取。
（三）拟解决的关键技术
（1）分布式网络环境下虚拟现实（VR）中场景模型并行优化；
（2）低配置下空间数据的整合与实时交互；
（3）分布式环境下多Agent系统构建及基于多Agent系统的相关任务调度技术；
（4）基于web点击流挖掘的空间信息个性化检索与推荐。
（四）研究目标
（1）提供全方位的规划辅助设计功能，全面满足低配置下数据转换和实时应用和交互;
（2）提供精确、高效的自动三维建模功能，降低人工干预频度；
（3）确保中等规模的三维图形图像在低配置下显现的效果和交互，达到效果图级;
（4）实现空间信息的个性化检索与推荐。
（五）项目总体技术方案
本项目主要以网络分布式虚拟现实（VR）技术、数字地理信息（GIS）技术、海量数据处理技术、空间数据管理和应用技术、3D图形图象优化处理技术、多Agent系统相关任务调度技术、基于Web点击流的空间数据挖掘技术等为基础，研发一款低配置下的3D数据交换和3D景观生成系统软件，系统可对信息进行快速智能化更新、查询、检索、提取、分析和应用，实现异构环境下多部门数字城市信息资源无缝整合和共享，系统中多个用户可通过网络对同一虚拟世界进行观察和操作，以达到协同工作的目的。
系统整体框架结构图如图1所示，本系统分成三个部分：
数据服务器和数据处理呈现客户端、基于多Agent系统的空间信息个性化检索与推荐:
（1）数据服务器
数据服务器主要用于向用户提供各种共享数据，从功能上分，主要分为两块，数据信息数据库和数据交换网关与数据优化。
1）数据信息数据库：
包括各种应用信息，例如企事业单位的数据，城市地理/地形/模型数据，政府部门数据，以及其他行业的应用数据。
2）数据交换网关：
因为各种不同的信息数据格式不一样，所以数据交换网关就相当于一个专门的适配器把这些数据转换为一种通用格式，然后对这些数据进行优化处理。
各行各业的数据大小不一致，很多行业的应用数据量非常巨大，所以在交换网关中，不能仅仅做数据格式转换，还必须这些数据进行海量数据预处理，以便适应在低带宽的网络配置下进行流畅的无障碍运行。
图1系统整体框架
所以数据交换网关功能上包括，格式转换功能，冗余数据剔除功能，关键数据生成功能，数据压缩解压功能，网络传输功能。
原始数据经过格式转换功能，冗余数据剔除功能，关键数据生成功能处理后，保证最终的数据都是以最简洁的语义不失真的表达这些数据携带的功能。
最后通过数据压缩解压功能把这些数据压缩后发送到网络上以便客户端使用。
（2）数据呈现客户端
数据呈现客户端，接收到服务器的相关数据后，进行一系列的处理后呈现给用户。
包含网络通信传输与负载平衡处理、海量数据优化、本地快速缓存、模型与图像数据优化处理、应用数据优化处理，场景渲染引擎、用户界面处理。
1）网络通信传输与负载平衡：
该功能模块主要有如下功能，网络数据可靠的传输，把数据从传输状态恢复成可处理状态，根据网络状态和服务器负荷自动选择最优数据访问途经（根据具体情况可能是一条访问路径也可能是同时多条访问路径）。
2）海量数据优化：
通过对本地数据的加载优化。
虽然在传输前海量数据经过优化，不过那个优化是针对网络传输，目的不一样，并且有些数据就算传输前优化，但是到本地系统后，还得进行运行加载优化。
这个优化根据当前的运行环境状态、视野围，做出预测，决定对哪些数据需要加载，不使用数据的经过一定的时间（该时间依照算法按照当前的状态自动修正）就需要卸载。
3）本地快速缓存：
尽量减少网络带宽的使用，系统把最近使用的数据保存到本地硬盘空间，根据当前本地硬盘空间情况决定是否删除最少使用的数据。
4）模型与图像数据优化处理：
一般三维渲染传统都是模型加贴图，这样就可以到达真实的效果，但是这样的缺点是对硬件要求高，特别一个城市的数据搬上来的时候，那么就不是一般的硬件配置能够承受的，可能必须是大型图像工作站才能胜任。
我们采用自己独特的处理技术，在效果上做到接近真实效果，但是对于硬件的要求却是指数级别降低，只需要当前普通的PC机配置就可以。
5）应用数据优化处理：
根据当然渲染引擎中的空间数据状态，对应用数据作场景关联，卸载不必要的数据，以降低资源占用率。
6）场景渲染引擎：
通过自主开发的独特三维引擎负责三维场景仿真和实时渲染，封装了OpenGL，对场景进行更新遍历，拣选遍历，绘制遍历和光照、物理粒子处理、雾化，纹理、碰撞等特效处理。
7）用户界面处理：
主要处理用户交互操作，应用数据显示等。
（3）基于多Agent系统的空间信息个性化检索与推荐
一个基于Web点击流数据挖掘的分布式个性化信息推荐系统模型（如图2），其主要包括离线部分和在线部分。
1）离线部分：
主要基于点击流数据挖掘技术对WebServer的历史数据进行分析处理，以发现用户的使用模式，从而构建一个基于用户的在线知识库供在线部分查询参考。
图2分布式智能学习推荐系统框架模型
（2）在线部分：
采用多Agent系统封装完成，其利用知识库和用户偏好信息来丰富用户的在线资源容。
在线部分主要包括：
决策代理（DecisionAgent，DA）、推荐代理（RecommendationAgent,RA）模块、使用挖掘代理（UsageMiningAgent,UMA）、推荐服务（RecommendationServices,RS）模块、用户偏爱学习代理模块（UPA）。
DA主要负责RA的协调（如RA的调用、多代理的任务调度等）、用户的信息接受与推荐及UMA的触发；RA模块包括多个派发的移动代理，其负责RS的发现与调用等；RS模块主要由多个webservices构成，其主要实现基于用户信息知识库的推荐信息的构建并将该推荐信息返回给RA；UMA主要完成对WUM过程的调用；UPA实现用户偏爱的学习与实时更新。
（六）项目研究技术路线
为了使本项目研究工作最终取得高水平的、全面的、有重要理论价值和实际意义的成果，我们强调按照系统工程方法进行项目整体布局的总体设计，充分利用已有的研究基础和其他相关项目资源；在本项目中，集中强调分布式网络环境下图像协作渲染显示技术研究和Web点击流数据挖掘理论方法研究,突现本项目的创新性理论研究成果。
我们将采用成熟的先进技术或本课题组以前积累的成熟先进方法和工具实现研究得出的理论模型和求解算法。
另外，我们将利用已有的与国多个单位的长期合作关系进一步开展合作，通过在国际会议、国国际刊物上发表相关论文、与国合作交流等形式扩大本项目成果在国的影响。
项目本着“以理论指导实践，以实践推动理论创新”的科学研究方法，拟定研究技术路线为：
（1）与本项目相关的理论基础、关键技术研究。
分布式环境下并行图像渲染技术、低配置下空间数据的整合与交互技术、基于Web点击流的空间数据挖掘相关理论基础与关键技术研究、多Agent系统理论基础与相关任务调度技术研究、个性化信息推荐技术研究等。
（2）海量数据的采集与处理研究
为了达到最大的数据处理效率，多个数据处理序列同时并行进行。
采用自行研发的海量数据处理技术，在512K带宽和一般PC机配置的条件，实现三维数字城市信息快速交换海量数据的快速交换涉及到海量数据的数据高效传输和海量数据的数据快速加载与交互。
海量数据的数据传输主要采用如下的技术：
1）清除冗余数据；2）关键数据生成；3）数据压缩；4）本地数据快速缓存。
为了提高快速访问，减少网络的访问量，系统在自身所在的机器上使用本地缓存，保存从网络下载的各种数据或者最近访
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