OpenGL-自主高性能三维GIS平台架构与实现-第二季

OpenGL-自主高性能三维GIS平台架构与实现/第二季：实现三维GIS球体+ 高程数据 章节名称 DEM基础 1 DEM基础知识 1.介绍基本的DEM知识2.什么是DEM，作用是什么 2 DEM数据 1.如何获取/ 传统测量/激光扫描/无人机测量/ 点云数据/ 倾斜摄影2.如何使用/局部小规模（栅格数据，图片/tif),3. 组织方式4. 根据使用目的不同，介绍多种优化方法 3 DEM图层的实现原理 1 4 DEM数据结构定义 struct V3U3N4{float x, y, z;float u, v, w;byte nx,ny,nz,nw;}顶点数据的生成和计算 WGS84投影计算 5 wgs84 投影 球体被切成一个个小圆弧，一共60个投影带，分别为01,02.........60WGS的最新版本为WGS 84（也称作WGS 1984、EPSG:4326），1984年定义、最后修订于2004年。接口定义坐标转换Wgs84 数据加载 6 瓦片编号计算生成算法 1. 经纬度到大地坐标的转换2.大地坐标到经纬度坐标转换3. 根据经纬度获取瓦片编号 框架重构 7 智能指针重构框架 1. 基类定义（所有的类继承自基类），基类派生自 std::enbale_shared_from_this2. 实现智能指针的动态转换接口3. 实现向下转换4. 已有的类实现全部使用智能指针重构5. 任务系统(多线程加载任务） 8 引入图层(Layer) 1. 介绍图层的概念以及重要性2. 图层类实现3. 修改框架（使用图层的方式重构框架） 9 Layer-bug排查（绘制过程中出现错位，偶发） 1. 框架重构后遇到问题（绘制结果错误）2. 瓦片索引方式发生变化，多线程中引起内存问题3. 修改索引方式，解决绘制偶发错误问题 10 引入数据源（TileSource) 1. 数据源的作用与设计目的2. 当前存在的问题，数据调度中存在问题3. 数据源(TileSource)类实现 11 数据格式管理(FormatMgr) 1. 数据格式管理（FormatMgr) 提出的目的，需要解决的问题2. CELLFormat基类接口抽象3. 实现几个标准格式类4. 修改框架流程，使用FormatMgr重构流程5. 扩展支持，后续支持任务格式数据加入系统 12 Task(任务)优化 1. 任务中低耦合数据结构，目的是让Task更加的通用2. 修改任务读取代码与任务处理代码，完善处理流程 DEM高程 13 DEM-数字高程定义 1. 什么是数字化高程数据2. 当下GIS系统中有哪些常见的高程格式3. 课程体体系中使用的哪种格式4. 高程类定义以及实现，并加入到FormatMgr 管理系统中 14 高程瓦片数据读取 1. 介绍GIS系统相关的工具（在数据转换）数据生成方面可以解决大量时间2. 自定义高程瓦片格式说明3. 自定义高程格式文件解析，并以智能对象的方式引入到系统中4. 完善框架代码，适配高程数据 15 高程瓦片文件的读取 1. 实现基本的读取算法2. 增加格式化组件，并加入到系统中3. 配置高程图层以及高程数据源，并加载数据，验证数据正确性 16 瓦片数据结构重构 1.顶点生成2.UV坐标计算3.面数据生成 17 DEM重构绘制流程 1. 修改绘制数据结构，去除无用字段2. 增加Mesh类，实现光栅数据转换成三角面数据，计算UV数据，提炼接口3. 修改系统调度，实现顶点数据，UV数据，以及面数据的生成与更新4. 按需更新数据，而不是每一帧更新 18 DEM-数据精度问题(CPU) 1. 因为瓦片数据使用大地坐标作为系统输入，造成瓦片坐标很大，单浮点数据精度不够2. 使用局部坐标的方式解决单浮点精度问题3. 调整相机参数，解决投影矩阵数据计算深度精度问题4. 修改绘制shader 实现对瓦片数据的绘制 19 DEM-数据精度问题(LogDepth) 1. 使用对数深度(log depth )算法在GPU中 计算解决单浮点经纬计算问题2. 修改shader ,增加对（logDepth）算法支持3. 修改C++端代码，实现对shader数据的输入 20 DEM-数据结构优化 1.当下使用CPU端数据通过接口的方式传递给GPU，速度慢2. 使用Instance 方式降低Vertex Buffer 的大小，优化渲染系统 21 DEM-GPU缓冲区优化 1. 使用Vertex Buffer Object / Index Buffer Object / Instance 方式优化渲染系统2. 修改绘制接口，使用DrawElementsInstanceBaseInstance方式提升系统性能 内存池与对象池 22 瓦片生成优化/对象池 1. 相机移动过程中会频繁的建立与释放瓦片，对CPU有较大的消耗2. 引入内存池，避免频繁的内存申请与释放，降低CPU时间3. 改造智能指针对象，对象释放通知到内存管理，回收对象内存 23 改造任务系统支持对象池 1. 任务系统是一个公用模块，被多个模块使用，避免频繁的内存操作，引起的内存碎片2. 实现对象池，并应用到任务模块 法线计算 24 法线计算 1. 修改现有顶点结构，增加法线支持2. 修改shader,增加法线顶点输入，使用平行光光照模型3. 修改绘制流程，支持光照计算，使用探照灯作为光源输入 25 顶点法线计算/共享法线计算 1. 增加数据结构保存顶点数据被多个面共享的次数2. 计算面法线，并累加到顶点法线中3. 根据顶点被面共享的次数做平均法线计算4. 修改流程，按需更新法线数据 26 法线数据压缩 1. 法线数据使用3 * float 数据存储，大大的增加了系统的数据2. 实现算法，将3 * float 数据压缩成4字节数据3. 改造绘制代码，支持压缩数据输入 27 GPU中计算产生法线数据(去掉CPU中计算) 1. 引擎支持 Geometry Shader 阶段2. 编写 Geometry Shader,实现法线计算 系统功能优化 28 重构CPU拾取流程 1. 当下的拾取流程，只支撑二维数据拾取，无法准群的拾取三维数据2. Terrain中增加拾取接口，输入射线，输出拾取到顶点数据 29 绘制拾取结果 1. 增加一个绘制点的方法，实现绘制代码2. 修改shader,增加logdepth3. 调试代码，花费了很多时间排查错误，最总排查到是因为uniform参数笔误写错造成。 30 任务系统完善，避免任务队列无线膨胀 1. 任务系统中，没有限制队列的大小，生产者的能力远大于消费者的能力，造成任务队列膨胀2. 处理办法，限制生产者的生产能力，而不是限制任务队列大小（这种方式会造成业务逻辑异常复杂）3. 使用sleep休眠方式（这种方式是严重错误的） 31 如何避免瓦片数据抖动 1. 产生瓦片抖动的原因 ？ 分裂算法与回退算法中间没有过度2. 引入过度流程，避免内存抖动，参数因子是一个重要的数据，需要谨慎使用3. 有必要结合瓦片自身数据动态计算参数因子 32 瓦片数据管理-fepk文件格式支持-全球数据加载 1. 支持fepk文件格式，增加fepk读取组件，适配fepk文件2. fepk管理数据方式：一般情况选择全球前10级别作为基础级别，因数据量不大(1G)左右，后续以8级作为基础级别，全球19级别数据被划分为 2^8 * 2^7(512 * 256)个块。每个块中包含了256 * 256 张小瓦片 33 fepk高程数据读取 34 高程分裂处理 当瓦片没有高程数据，那么子节点以及其他后代节点该如何共享父节点的数据 35 lesson-734-高程瓦片分裂处理(2)-算法实现 高程数据分裂算法实现实现对高程数据的切分，并对特殊数据进行处理 36 高程瓦片分裂处理(3)-问题排查 37 高程瓦片分裂处理(4)-(后代节点更新问题) 当一个瓦片高程数据更新后，他的儿子节点，孙子节点...该如何处理？ 38 瓦片视锥裁剪错误 高程数据更新后，没有技术计算瓦片包围盒信息，造成包围盒错误，进而引视锥计算错误 39 http支持 1.引入三方库 Libcurl2.http类封装,支持http读取数据 40 fepk.server使用 生成三维地球 41 改造四叉树-统一使用经纬度输入 42 地形网络生成算法重构 43 引入球体坐标系 44 使用球体坐标改造瓦片 45 多图层(加载标签数据) 课时截图： 镜头拉近后，显示细节数据 加载矢量SHP国界线数据： 加载矢量三维白膜数据截图 高程数据 加载点云数据 加载倾斜摄影数据