基于MapGIS IGServer的二三维一体化人体经络信息系统设计

吴德华，杨 冰，傅伟军

(湖南城市学院城市规划信息技术重点实验室，湖南益阳 413000）

基于MapGIS IGServer的二三维一体化人体经络信息系统设计

吴德华，杨 冰，傅伟军

(湖南城市学院城市规划信息技术重点实验室，湖南益阳 413000）

一、引 言

人体经络由经脉和络脉组成，经脉是经络系统的主干，络脉是经脉的分支，经络是气血运行的通路，将人体的内脏、体表等各个部分联结为一个整体，而穴位就是这些通路上的重要点位，具有多层次、多组分的特点，是一个复杂的空间系统[1-2]。因此，利用挂图、石膏模型等传统方式无法准确表现经络的结构和空间分布，也限制了经络知识面向公众的普及[3]。

随着计算机和传感器技术的快速发展，为经络信息化奠定了基础。早在20世纪90年代，余轮[4]就提出应用计算机图形学、三维动画制作等方法建立人体经络模型。陈国栋[5]结合计算机图形技术，采用OSG为图形开发库，选择VC.NET为开发环境，构建三维人体经络信息可视化平台。郑旭东[6]将人体经络系统应用于互联网，为缩短传输响应时间，提出上下文感知计算的三维场景传输，使系统响应性和网络带宽利用率得到提高。在传感器方面，陈新、沈金志等[7-8]利用经络阻抗检测仪获得人体经络在体表的平面坐标，通过磁场跟踪器得到经络的三维坐标，实现了人体经络在现场人体体表图像上的实时准确显示。综上所述，当前的人体经络信息系统在经络位置信息获取、三维可视化显示和互联网共享等方面技术较成熟，在一定程度上克服了挂图和石膏模型的缺点，但作为一个复杂的空间系统，在空间分析方面仍显不足。

人体经络系统与城市公交系统相似，都是由点、线、面等空间要素构成，可以将穴位看成公交站点，将经络线看成公交线路，将体表看成城市表面，将人体看成整个城市系统。因此，借鉴城市公交地理信息系统的先进技术实现对人体经络信息的高效管理。本文以当前的人体经络信息化研究成果为基础，提出了当前流行的WebGIS开发方式，即采用MapGIS IGServer作为WebGIS开发平台，运用Flex和搭建式二次开发技术，设计二三维集成的人体经络信息系统，促进经络知识的推广和应用。

二、MapGIS IGServer开发平台

MapGIS IGServer是由中地数码公司推出的基于SOA技术的一款全新互联网GIS开发平台，具有跨平台、多模式、易扩展、开放式等特点[9]。MapGIS IGServer以MapGIS数据中心集成开发平台为基础，采用面向服务的悬浮倒挂式平台架构，支持.NET和Java两种开发环境，提供了JavaScript、Flex、Silverlight、搭建式4种二次开发方式和二三维集成管理策略，实现了二三维数据的一体化管理，如图1所示。

图1 二三维集成管理

MapGIS IGServer采用柔性设计理念，以搭建式开发为主，JavaScript、Flex、Silverlight开发为辅的二次开发模式，提供了一个“零编程、巧组合、易搭建”的可视化开发环境[10]。搭建式开发就是将WebGIS集成到搭建平台中，把满足业务需求的工作采用拖拽插件的形式进行资源配置，实现系统业务的定制，快速搭建原型系统[11-12]。Flex与Silverlight开发采用主流的RIA模式，以功能强大的Flex或Silverlight为基础，对开发接口进行全面整合，在提高开发效率的同时提供炫丽的视觉体验。JavaScript开发分为J2EE和.NET两大体系，采用Java或.NET进行服务器端开发，以JavaScript(Ajax）方式进行客户端编码式开发。

三、数据采集与处理

1.数据采集

将传感器技术应用于经络穴位的空间定位，为经络数据采集提供了保障。目前较成熟的方法是采用经络测试仪得到穴位的位置，用3传感器/6自由度的磁场跟踪仪获得穴位的三维坐标，如图2所示[2]。

图2 人体经络数据获取

2.数据处理

依据人体经络系统的空间特性，参照城市公交数据的处理和组织方式，对人体经络数据按穴位点、经络线、体表面及区域等不同专题以目录树的形式进行分层处理与组织[13]。

人体经络数据处理用到的主要平台是MapGIS K9地图编辑器和Geodatabase企业管理器，并结合SQL Server、Access等关系数据库管理系统管理穴位、经络的空间、属性信息。首先将采集的人体经络图片导入企业管理器建立的人体经络空间数据库中，然后在地图编辑器中打开栅格图片，从视觉的角度，将人体分为正面、背面、侧面和头部、躯干、四肢等不同的图层，最后根据获得的穴位点坐标，确定穴位在图层中的位置，按不同经络连接穴位，实现经络线的矢量化，得到人体经络图，如图3所示。

图3 人体经络数据处理界面

3.三维建模

采集的人体各个部位的图片利用Photoshop软件对其进行处理，为三维建模后进行贴图备用。整理穴位属性数据，建立Access人体经络穴位数据库(如图4所示），便于在三维场景平台中对三维人体经络模型进行关联操作。

图4 人体经络穴位数据库

建模采用Auto CAD对人体经络图进行矢量化，将CAD格式的人体经络数据导入到3ds Max中，将顶视图、前视图、左视图、透视图中的底图按比例进行调整，形成高度适宜的实体模型。依据建立好的人体模型给人体表面贴上纹理，以此获得良好的视觉效果，如图5所示。

图5 人体经络三维建模

四、人体经络信息系统设计

1.人体经络信息系统架构设计

人体经络信息系统采用面向服务的4层体系架构，以数据中心为内核，提供人体经络空间数据和功能服务，如图6所示。

图6 人体经络信息系统体系架构

用户层可以在多种平台运行，通过HTTP进行通信直接连接到IGServer，构建基于IGServer的Web应用，将人体经络信息展示在用户浏览器上。

服务层是整个人体经络信息系统架构的核心，包括MapGIS WebService、OGC(开放地理空间信息联盟）服务及第三方Web服务接口。用户层以浏览器的方式发送服务请求，Web服务经过响应、接收请求后，将处理结果返回给客户端。

基础内核层以数据中心集成开发平台为核心，通过数据仓库和功能仓库提供基础数据和功能服务，并负责实现用户层与数据层之间的通信。

数据层为系统提供基础数据支持，包括人体经络的空间及属性数据。人体经络数据库不仅有HDF文件数据库，还包括SQL Server、Access等数据源的数据。IGServer使用SDE(空间数据库引擎）技术实现了异构数据的一体化管理。

2.人体经络信息系统功能设计

根据用户对穴位查询、空间分析和浏览的需求，将人体经络信息系统分为二维人体经络查询分析子系统和三维浏览子系统，主要功能模块包括图形显示、图形编辑、数据查询、视图分析、三维浏览等功能模块。图形显示模块主要包括对人体经络图的放大、缩小、刷新、鹰眼等操作；图形编辑模块允许用户在人体经络图中自主添加穴位点，并输入穴位信息保存在数据库中，也可以删除点位信息，以满足经络教学的需要；数据查询模块使用户能准确找到穴位的位置并了解穴位的主要功能和治疗方式，具体包括点击查询、拉框查询、多边形查询、条件查询、点击条件查询、拉框条件查询、多边形拉框查询等；视图分析模块主要用于临床诊断的辅助决策，包括穴位缓冲区分析、反射区分析、经络循行模拟和数据统计等功能；三维浏览模块为用户提供了一个真实的人体经络环境，通过鼠标操作可以实现三维人体经络模型的旋转、放大、缩小、平移等操作。功能如图7所示。

图7 系统功能模块

五、人体经络原型系统实现

人体经络信息系统以MapGIS K9 IGServer为地图服务平台，结合Flex和搭建式二次开发技术，采用快速原型法快速构建一个系统原型，在用户与软件开发者试用原型过程中不断加强通信与意见反馈，反复评价、修改，完善系统原型，最终得到使用户满意的二三维一体化人体经络信息系统。二维子系统主要用于信息查询和空间分析辅助决策，如图8所示。三维子系统主要经络用于浏览，如图9所示。

图8 二维人体经络信息子系统查询界面

图9 三维人体经络信息子系统浏览界面

六、结束语

本文借鉴城市公交地理信息系统的构建方法，分层处理人体经络空间数据，采用面向服务的多层体系架构，综合使用Flex、搭建式开发方法，实现了二三维一体化的人体经络信息系统，在满足经络信息查询和空间分析辅助决策的同时，为用户提供逼真的三维人体经络环境。

[1]黄洪海，陈国栋，刘凤霞，等.人体经络系统中的个性化信息服务研究[J].计算机与数字工程，2011，258(39）：59-62.

[2]李鹏锋，陈新.基于图形变换的人体经络可视化[J].计算机应用，2011，31(11）：3035-3037.

[3]郑绍华，陈国栋，林伟明，等.人体经络循经感传的三维虚拟仿真研究与实现[J].计算机仿真，2008，25(11）：251-255.

[4]余轮，蔡光东，周霆，等.人体经络的三维数据模型和动画显示方法研究[J].中国图象图形学报，1997，2(1）：32-37.

[5]陈国栋，余轮.基于OSG的人体经络信息可视化平台[J].微计算机信息，2009，25(3）：172-174.

[6]郑旭东，陈国栋，余轮.人体经络系统中的三维场景传输策略研究[J].计算机工程与应用，2010，46(10）：51-53.

[7]陈新.采用图像匹配和三维跟踪器的人体经络可视化方法[J].中国组织工程研究，2012，16(17）：3143-3147.

[8]沈金志，陈新.人体皮肤经络定位与成像系统的研究[J].计算机工程与应用，2012，48(6）：60-62.

[9]吴信才，刘修国，周顺平，等.MapGIS IGServer原理与方法[M].北京：电子工业出版社，2012：7-13.

[10]吴信才.数据中心集成开发技术：新一代GIS架构技术与开发模式[J].中国地质大学学报，2009，34(3）：540-546.

[11]吴信才，张成，于海燕.搭建式GIS软件开发及其对软件工程的影响[J].测绘科学，2010，35(4）：157-159.

[12]王波，周顺平，杨林.搭建式软件开发技术研究与应用[J].计算机应用与软件，2010，27(5）：48-50.

[13]姬伟，吴信才，曹春香.国土资源数据中心动态目录树研究[J].测绘通报，2012(2）：74-76.

Design on Two and Three Dimensional Integrated Human Meridian Information System Based on MapGIS IGServer

WU Dehua，YANG Bing，FU Weijun

人体经络是一个与城市公交系统特点相似的空间系统，可以借鉴城市公交地理信息系统的先进技术实现对人体经络信息的高效管理。针对人体经络信息化建设在空间分析方面的不足，本文提出应用WebGIS开发方式为用户提供强大的空间分析辅助决策能力。系统选用先进的MapGIS IGServer作为开发平台，按专题分层组织空间数据，以数据中心为内核，采用面向服务的4层体系架构，运用Flex和搭建式二次开发技术，实现了对经络信息的查询定位、反射区分析、三维浏览等功能。试验结果表明，该系统不仅克服了当前主流人体经络信息系统空间分析能力弱的不足，而且实现了二三维人体经络信息系统的一体化，能够满足不同用户的需求，为构建人体经络信息系统提供了一种新方法。

三维；WebGIS；经络；空间分析

P208

B

0494-0911(2014）10-0121-04

2014-07-29

湖南省教育厅科学研究一般项目(13C109）；湖南省高校创新平台开放基金(13K114）；湖南省自然科学基金(13JJ6073）

吴德华(1976―），男，湖南岳阳人，博士，讲师，主要从事空间决策支持研究。

吴德华，杨冰，傅伟军.基于MapGIS IGServer的二三维一体化人体经络信息系统设计[J].测绘通报，2014(10）：121-124.

10. 13474/j.cnki.11-2246.2014.0347