java - 读取、表示和渲染 map 数据的最佳方式是什么？

Question

我有兴趣编写一个简单的导航应用程序作为宠物项目。在四处搜索免费 map 数据后，我选择了 US Census Bureau TIGER 2007 Line/Shapefile map 数据。数据被分成各个县的 zip 文件，我已经下载了我所在地区的单个县 map 数据。

将此 map 数据读入可用格式的最佳方法是什么？

我应该如何:

读入这些文件

解析它们 - 正则表达式或一些已经可以解析这些 Shapefile 的库？

将数据加载到我的应用程序中 - 我应该将这些点直接加载到内存中的某个数据结构中吗？使用小型数据库？一旦关闭 map 数据的应用程序，我就不需要持久化。用户可以再次加载 Shapefile。

一旦我阅读了 Shapefile 数据，渲染 map 的最佳方法是什么？

理想情况下，我希望能够读取县 map 数据 shapefile 并将所有折线渲染到屏幕上并允许旋转和缩放。

我应该如何:

将纬度/经度点转换为屏幕坐标？ - 据我所知，Shapefile 使用经度和纬度作为其点。所以很明显我将不得不以某种方式将这些转换为屏幕坐标以显示 map 特征。

以一种可以轻松旋转和缩放整个 map 的方式渲染 map 数据(道路、边界等的一系列折线)？

将我的整个 map 渲染为一系列“图块”，以便仅渲染查看区域内的要素/线条？

前任。 TIGER 数据呈现为显示 map :


任何对我阅读这些文件的最佳方式有什么经验和洞察力的人，我应该如何在我的程序中表示它们(数据库，内存数据结构)，以及我应该如何渲染(旋转/缩放) map 数据在屏幕上将不胜感激。

编辑:澄清一下，我不想使用任何 Google 或 Yahoo map API。同样，我不想使用 OpenStreetMap。我正在寻找一种比使用这些 api/程序更从头开始的方法。这将是 桌面应用。

Answer 1

首先，我建议您使用 2008 TIGER files .

其次，正如其他人指出的那样，现在有很多项目已经读入、解释、转换和使用数据。不过，为这些数据构建您自己的解析器几乎是微不足道的，因此除非您计划将他们的项目作为一个整体使用，否则没有理由检查另一个项目的代码并尝试提取您需要的内容。

如果你想从较低的层次开始

解析

构建您自己的 TIGER 解析器(相当简单 - 只是一个线段数据库)，并在其之上构建一个简单的渲染(线、多边形、字母/名称)也将相当容易。你会想看看各种 map projection types对于渲染阶段。最常用的(因此也是用户最熟悉的)是 Mercator projection - 它相当简单和快速。您可能想尝试支持其他投影。

这将在查看如何投影 map 以及如何反转该投影方面提供一些“乐趣”(假设用户单击 map ，您想查看他们单击的纬度/经度 - 需要反转当前投影等式)。

渲染

当我开发我的渲染器时，我决定将我的窗口建立在固定大小(嵌入式设备)和固定放大率上。这意味着我可以将 map 以纬度/经度为中心，并且在给定的放大倍数下中心像素=中心纬度/经度，并且给定墨卡托投影，我可以计算出哪个像素代表每个纬度/经度，反之亦然。

有些程序允许窗口变化，而不是使用放大率和固定点，而是使用两个固定点(通常是定义窗口的矩形的左上角和右下角)。在这种情况下，确定像素到纬度/经度的传输变得微不足道——这只是一些插值计算。旋转和缩放使这个传递函数稍微复杂一些，但不应该如此复杂 - 它仍然是一个带插值的矩形窗口，但窗口角不需要相对于北处于任何特定方向。这增加了一些极端情况(例如，您可以将 map 翻过来并像从地球内部一样查看它)，但这些并不繁琐，并且可以在您处理它时处理。

一旦完成了经纬度到像素的传输，除了正常的图形问题(例如线或多边形的边缘重叠不当、抗锯齿等)外，渲染线和多边形就相当简单了。但是渲染一个基本的难看的 map ，就像许多开源渲染器所做的那样，是相当简单的。

您还可以进行距离和大圆计算——例如，一个很好的经验法则是，赤道上的每一度纬度或经度约为 111.1 公里——但是当你靠近任一极点时，一个会发生变化，而另一个继续保持在111.1kM。

存储和结构

但是，您如何存储和引用数据在很大程度上取决于您打算用它做什么。如果您想对人口统计与路由使用相同的数据库结构，就会出现许多难题——给定的数据库结构和索引对一个来说会很快，而对另一种来说会很慢。

使用邮政编码并仅加载附近的邮政编码适用于小型 map 渲染项目，但如果您需要穿越全国的路线，则需要不同的结构。一些实现有“覆盖”数据库，它只包含主要道路和捕捉路线到覆盖(或通过多个覆盖 - 本地、地铁、县、州、国家)。这会导致快速但有时效率低下的路由。

瓷砖

平铺 map 实际上并不容易。在较低的放大率下，您可以渲染整个 map 并将其切割。在更高的放大倍数下，您无法一次渲染整个事物(由于内存/空间限制)，因此您必须将其切碎。

在图块的边界处切割线，以便您可以渲染单个图块导致不太完美的结果 - 通常所做的是在图块边界之外渲染线(或者，至少保留线端的数据，尽管渲染一旦停止发现它从边缘掉了下来) - 这减少了当线条穿过瓷砖时看起来不太匹配时出现的错误。

当你解决这个问题时，你会明白我在说什么。

找到进入给定磁贴的数据也不是微不足道的 - 一条线可能两端都在给定磁贴之外，但穿过磁贴。您需要查阅有关这方面的图画书( Michael Abrash's book is the seminal reference ，现在可在前面的链接中免费获得)。虽然它主要谈论游戏，但窗口、剪裁、多边形边缘、碰撞等都适用于此。

但是，您可能希望在更高的水平上进行游戏。

完成上述操作后(通过调整现有项目，或自己完成上述操作)，您可能想要尝试其他场景和算法。

反向地理编码相当容易。 输入纬度/经度(或单击 map )并获取最近的地址。这将教您如何沿 TIGER 数据中的线段解释地址。

基本地理编码是一个难题。 编写地址解析器是一个有用且有趣的项目，然后使用 TIGER 数据将其转换为经纬度并非易事，但很有趣。通过要求精确的名称和格式匹配从简单和小开始，然后开始研究“喜欢”匹配和语音匹配。在这方面有很多研究 - 在此处查看搜索引擎项目以获得一些帮助。

找到两点之间的最短路径是一个不平凡的问题。 有很多很多算法可以做到这一点，其中大部分都获得了专利。我建议如果您尝试使用自己设计的简单算法，然后进行一些研究并将您的设计与最先进的设计进行比较。如果你喜欢图论，那会很有趣。

循序渐进，先发制人并不像第一次脸红时看起来那么容易。给定一组具有相关纬度/经度对阵列的指令，使用外部输入(GPS 或模拟 GPS)“遵循”路线，并开发一种算法，在用户接近每个实际交叉点时为用户提供指令。请注意，由于道路弯曲等原因，纬度/经度对比指令多，您需要检测行进方向等。在您尝试实现之前，您将看不到许多极端情况。

兴趣点搜索。 这个很有趣 - 您需要找到当前位置，以及一定距离内(如乌鸦飞行，或更难驾驶的距离)的所有兴趣点(不是 TIGER 的一部分，可以自己制作或获取其他来源)起源。这很有趣，因为您必须将 POI 数据库转换为在这种情况下易于搜索的格式。您不能花时间遍历数百万个条目，进行距离计算(sqrt(x^2 + y^2))，然后返回结果。您首先需要有一些方法或算法来减少数据量。

旅行推销员。 具有多个目的地的路由。只是常规路由的更难版本。

您可以找到许多指向该主题的许多项目和信息来源的链接 here .

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-亚当