Oracle Spatial三维模型存储与可视化

韦 波，王熙宇，杨东兴

(1.桂林理工大学广西矿冶与环境科学实验中心，广西 桂林 541004；2.桂林理工大学测绘地理信息学院，广西 桂林 541004)

Oracle Spatial三维模型存储与可视化

韦 波1，2，王熙宇1，2，杨东兴2

(1.桂林理工大学广西矿冶与环境科学实验中心，广西 桂林 541004；2.桂林理工大学测绘地理信息学院，广西 桂林 541004)

论述Oracle Spatial三维空间数据模型，以存储表面的方式设计了三维模型的数据库存储方案，同时引入Hibernate对象持久化技术并自行设计开发了SDO_GEOMETRY映射类，结合Java 3D实现了三维模型的可视化。结果表明构建的存储与可视化方案可行。

Oracle Spatial；三维空间数据存储；可视化

一、引 言

Oracle Spatial作为对象-关系型数据库的典型代表，一直是地理信息系统(GIS)研究与应用的主要对象之一。王云帆探讨了Oracle Spatial的特点，并应用数据库技术实现了空间数据管理与操作[1]；卢廷军等以Oracle Spatial为工具，建立了海量栅格数据的空间索引[2]；Bianca等提出了Oracle Spatial 3D点云数据的四叉树索引方法[3]；马奎等在.NET环境下，基于OO4O核心实现了对Oracle Spatial空间数据的互操作[4]；邬群勇等使用Oracle Spatial SDO_GEOMETRY抽象几何数据类型存储环境空间数据，实现了OLAP和GIS的完全集成[5]；钱华明、戴建旺、高光大、冯兴杰等分别应用Oracle Spatial建立了WebGIS车辆监控系统[6]、土地调查国家级数据库[7]、铁矿资源潜力数据库[8]、航油公司EAM系统[9]。

虽然目前对Oracle Spatial的研究与应用取得了较多的成果，但主要集中于二维空间数据方面。Oracle从11g版本开始支持对三维空间数据的存储与管理，因此，本文结合Hibernate对象持久化和Java 3D，讨论Oracle Spatial的三维空间数据存储与可视化技术。

二、Oracle Spatial三维空间数据模型

1.三维存储模型

如图1所示，表面、形体和组合类型是三维存储模型中所特有的，在二维存储模型中不支持。表面和构成形体的表面目前只能是三维平面，不能是三维曲面。组合类型不同于二维的复合线串、复合多边形等复合类型[1]，组合类型只能是表面、形体等同类型三维对象间的组合，复合类型在三维存储模型中不支持。多边形类型包括含洞的多边形。集合可以是点、线、多边形的集合，也可以是表面、形体的集合，包括由同类型对象构成的(同质)集合和由不同类型对象构成的(异质)集合。

图1 Oracle Spatial三维存储模型

2.SDO_GEOMETRY三维对象存储

SDO_GEOMETRY在Oracle Spatial中被定义为一个对象类型，共包含5个属性：

与二维版本相比，SDO_GEOMETRY及其5个属性的定义形式均没有发生变化，只是将它们扩展到三维的应用环境。

图2中多边形的SDO_GEOMETRY二维、三维空间存储表示如下，可对比看出二者的明显异同。

图2 多边形示例

三、三维模型存储与可视化实例

图3为Google Earth上的两个建筑物三维模型，其中一个为教堂(右下角)，而另一个为办公大楼。

图3 3D模型实例

1.总体框架

总体分为3层：数据库层、持久化层、可视化层，如图4所示。数据库层使用Oracle Spatial存储三维模型数据。持久化层通过对象-关系映射(object-relation mapping，ORM)，处理面向对象和面向关系二者之间的映射，实现模型的面向对象操作，采用Hibernate技术实现。可视化层由Java 3D构建虚拟场景，完成三维模型的显示。

引入Hibernate的原因在于当将空间对象从数据库重新加载至内存时，由于Java、C＋＋、C＃等高级程序设计语言缺乏与SDO_GEOMETRY直接映射的数据类型，不能直接构建空间对象对应的类，进而不能直接实现面向对象的操作；而Hibernate则能够方便而快速地建立持久化层和ORM[10]，解决对象持久化问题，实现对空间对象的面向对象操作。

图4 三维模型可视化总体框架

2.数据库表设计与数据导入

从Google Earth位置工具栏可以看出，教堂模型共包括15个屋顶和48个墙面，而办公大楼模型共包括14个屋顶和131个墙面。如果将模型整体存储，会造成SDO_GEOMETRY的坐标数据太长，不方便模型的解析。因此采用分解策略，设计两个数据库表分别用于存储模型的屋顶和墙面的表面数据。表1为屋顶的表结构，表2为墙面的表结构。

表1 屋顶表(BUILDING_ROOF_3D)结构

表2 墙面表(BUILDING_FACADE_3D)结构

由于三维模型数据量大，采用SDO_GEOMETRY构造函数导入数据的方法并不可行。本文首先利用Google Earth将两个建筑物的墙面和屋顶的表面逐一转换成KML文件，然后利用Oracle Spatial的FROM_KMLGEOMETRY函数编程将KML格式的三维数据导入到两个数据库表中。

3.三维模型Hibernate POJO

POJO(plain old java objects，简单的Java对象)，是Hibernate的一种持久化类。通常，一个持久化类和一个表对应，POJO的字段和属性则分别与表的字段和记录相对应。因此，需要创建两个POJO：BuildingRoof3d和BuildingFacade3d类，分别与表BUILDING_ROOF_3D和BUILDING_FACADE_3D相对应。

以表BUILDING_ROOF_3D为例，根据其表结构(限于篇幅，以字段ROOF_ID、GEOM为例，下同)，创建的BuildingRoof3d类为：

4.Hibernate POJO ORM文件

将Oracle表数据类型映射为Java数据类型，如NUMBER映射为Long，需要建立它们之间的映射关系。Hibernate的ORM文件为一个XML文件，一个POJO对应一个ORM文件。BuildingRoof3d类的ORM文件(BuildingRoof3d.hbm.xml)为：

5.SDO_GEOMETRY映射类

Hibernate POJO和ORM文件都使用了一个J3D_ GeometryType类作为SDO_GEOMETRY的映射类型，J3D_GeometryType类并不是Java定义的，而需要自行设计和开发。本文基于Oracle Spatial提供的JGeometry和J3D_Geometry类，实现了该类，创建的主要步骤如下。

(1)定义Hibernate方言类

该方言类为Hibernate Oracle10gDialect方言类的子类，在其构造函数中注册SDO_GEOMETRY为

(2)定义Java映射类

即J3D_GeometryType类。Hibernate提供了UserType接口用于用户实现自定义的Java映射类。自定义的Java映射类包含一个Oracle Spatial J3D_ Geometry类实例，并且还必须实现UserType接口中的11个方法。其中的nullSafeGet()方法、nullSafe-Set()方法实现的关键语句如下：

nullSafeGet()方法负责从SDO_GEOMETRY读取数据存储到J3D_Geometry实例中，nullSafeSet()方法则负责将J3D_Geometry实例存储到SDO_GEOMETRY中，具体实现借助了Oracle Spatial JGeometry类实例作为SDO_GEOMETRY和J3D_Geometry实例数据转换的中间对象。

6.模型Java 3D可视化

可视化大致分两步：首先从数据库中获取三维模型的数据，然后生成模型的Java 3D对象。

获取三维模型数据，以面向对象的方式进行。如获取纹理、坐标的程序为(event为BuildingRoof3d或BuildingFacade3d类对象)：

坐标获取后需要先利用SDO_GEOMETRY的SDO_ELEM_INFO属性对其进行解析，然后将其传递给Java 3D。

构建Java 3D对象，即创建三维形体Shape3D对象，包括定义它的几何信息和外观。几何信息使用GeometryInfo类设置，外观主要是设置纹理贴图，使用Appearance类实现。Shape3D对象创建后，将其加入到Java 3D的TransformGroup节点中。

图5为可视化后的效果图，与图3模型三维效果一致，表明构建的存储与可视化方案可行。

图5 Java 3D模型可视化效果

四、结束语

Oracle Spatial通过增加对表面、形体等三维空间对象类型的支持，从对二维空间数据的存储扩展到对三维空间数据的存储。本文通过存储两个三维模型表面的方式设计和实践了Oracle Spatial的三维存储；同时引入Hibernate对象持久化技术，结合Java 3D实现了三维模型的可视化，结果表明构建的存储与可视化方案可行。通过自行设计开发的SDO_ GEOMETRY映射类，实现了对包含SDO_GEOMETRY数据类型字段的Oracle数据库表的对象-关系映射，解决了其建立对应Hibernate POJO的问题，从而实现了对数据库中三维模型的面向对象操作，也为实现对Oracle Spatial中二维或三维空间对象的面向对象操作(加载、保存、更新、删除、查询等)提供了一种可行的思路。

[1] 王云帆.Oracle Spatial空间数据存储管理技术的应用研究[J].测绘通报，2011(6)：76-79.

[2] 卢廷军，黄明.海量栅格数据空间索引与存储的研究[J].测绘通报，2010(10)：24-26.

[3] BIANCA S，MO HAMMAD M，DEBRA F L，et al.Octree-based Indexing for 3D Pointclouds within an Oracle Spatial DBMS[J].Computers＆Geosciences，2013(51)：430-438.

[4] 马奎，李宏伟，李勤超，等..NET下基于OO4O核心的Oracle Spatial空间数据互操作[J].计算机应用，2009，29(S1)：205-208.

[5] 邬群勇，刘梦鑫，李细杰，等.面向环境数据集的Spatial OLAP系统集成[J].地球信息科学学报，2013，15(1)：90-96.

[6] 钱华明，施丽娟，王雯升.WebGIS车辆监控系统的空间数据存储技术研究[J].计算机工程与科学，2009，31(4)：124-129.

[7] 戴建旺，白晓飞.第二次全国土地调查国家级数据库管理系统关键技术研究[J].中国土地科学，2010，24(6)：74-80.

[8] 高光大，王永志，张道勇，等.基于GIS和SOA的我国铁矿资源潜力数据库开发与应用[J].吉林大学学报：地球科学版，2010，40(6)：1515-1520.

[9] 冯兴杰，许亚娟，王辉.基于Oracle Spatial技术的地理信息管理与优化[J].计算机工程与设计，2011，32(5)：1706-1709.

[10] 王海涛，贾宗璞.基于Struts和Hibernate的Web应用开发[J].计算机工程，2011，37(9)：112-114.

《数字测图原理与技术》(第二版)内容简介

本书由杨晓明等编著，系统地介绍了数字测图的理论、技术和方法。其主要内容包括:数字测图概论、数字测图的数学基础、硬件设备、图根控制测量、野外数据采集、计算机绘图原理、数字测图内业、地图数字化、数字测图质量控制、数字测图成果的应用、数字地籍测绘、数字地下管线图测绘等。

本书为高等学校测绘工程、GIS及相关专业的教材，亦可供相关技术人员学习参考。

本书为16开本，240页，定价34.00元。测绘出版社2014年10月出版。

Storage and Visualization of 3D Model in Oracle Spatial

WEI Bo，WANG Xiyu，YANG Dongxing

P208

B

0494-0911(2014)11-0088-04

2013-11-18

广西自然科学基金(2012GXNSFGA060001；桂科自0991248)；桂林理工大学博士基金(GUT1996015)

韦 波(1974—)，男，瑶族，广西荔浦人，博士，副教授，主要研究方向为空间信息处理理论与方法。

韦波，王熙宇，杨东兴.Oracle Spatial三维模型存储与可视化[J].测绘通报，2014(11)：88-91.

10.13474/j.cnki.11-2246.2014.0371