星期一, 八月 31日 2020, 2:00 下午

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让GIS三维可视化变得简单-Cesium地球初始化

前言

开发中我们通常会需要一个干净的三维地球实例,本文将介绍 Cesium 如何初始化一个地球,包括地图控件的显示隐藏以及一些常用影像和标注的加载

预览Demo

Cesium 是一款面向三维地球和地图的,世界级的 JavaScript 开源产品,它提供了基于 JavaScript 语言的开发包,方便用户快速搭建一款零插件的虚拟地球 Web 应用,并在性能,精度,渲染质量以及多平台,易用性上都有高质量的保证

想了解更多 Cesium 的介绍请看 👉 让GIS三维可视化变得简单-初识Cesium

环境搭建

本文及后续文章启动环境皆是基于 Vue-CLI3.X+

使用我自己写的 CLI 插件 vue-cli-plugin-cesium 零配置搭建 Cesium 环境

具体环境搭建可看 👉 让GIS三维可视化变得简单-Vue项目中集成Cesium

地球初始化

申请Token

在正式开发之前,我们首先需要去注册一个免费的 Cesium ion 账户

步骤如下

首先,打开 https://cesium.com/ion/ 然后注册一个新的账户

注册成功后登录,点击 Access Token,跳转到 Access Tokens page 页面

如上所示,选择 Default 默认的 access token 拷贝到内容中

Cesium.Ion.defaultAccessToken = '<YOUR ACCESS TOKEN HERE>'

当然,如果你只是写写demo,那不写 Token 也行

默认初始化

环境准备就绪之后,我们就可以初始化Cesium实例了,也就是加载地球

<template>
  <div class="map-box">
    <div id="cesiumContainer"></div>
  </div>
</template>

<script>
var viewer = null
export default {
  name: "No01Init",
  data() {
    return {}
  },
  mounted() {
    Cesium.Ion.defaultAccessToken = '<YOUR ACCESS TOKEN HERE>'
    // viewer = new Cesium.CesiumWidget('cesiumContainer')
    viewer = new Cesium.Viewer("cesiumContainer")

    console.log(viewer)
  },
}
</script>
<style scoped>
.map-box {
  width: 100%;
  height: 100%;
}
#cesiumContainer {
  width: 100%;
  height: 100%;
}
</style>

如上所示,我们可以使用 new Cesium.CesiumWidget 或者 new Cesium.Viewer 的方式进行初始化,都可以,给一个容器挂载即可,运行项目后效果如下

可能细心的小伙伴注意到了我们初始化的 viewer 实例并没有写在 data 里,这是因为Vue中会为 data 中的属性做数据劫持,如果属性是一个对象,将会递归进行数据劫持,viewer 这个实例中的属性数量非常多,如果将它放置 data 中。。。只有一个下场,浏览器崩溃

我们可以在组件上放直接声明一个 viewer 变量,也可以使用 window.viewerviewer 挂载到 window 上面,都可以避免这个问题

Vue + Cesium 开发中和实例有关的数据都不要放在data中,这点一定需要注意

控件隐藏

上面我们可以看到,在默认初始化里,页面上有很多控件,开发时我们基本用不到,但是还是先来介绍下这些控件的作用

在创建 Cesium 实例时,new Cesium.Viewer 构造函数有两个参数

  • 实例挂载的元素 必选项
  • options 初始化配置对象 可选项

options 对象中,我们可以配置初始化的一些控件显示隐藏以及一些渲染配置,这里列举出一些常用的配置

viewer = new Cesium.Viewer("cesiumContainer", {
  animation: false, // 隐藏动画控件
  baseLayerPicker: false, // 隐藏图层选择控件
  fullscreenButton: false, // 隐藏全屏按钮
  vrButton: false, // 隐藏VR按钮,默认false
  geocoder: false, // 隐藏地名查找控件
  homeButton: false, // 隐藏Home按钮
  infoBox: false, // 隐藏点击要素之后显示的信息窗口
  sceneModePicker: false, // 隐藏场景模式选择控件
  selectionIndicator: true, // 显示实体对象选择框,默认true
  timeline: false, // 隐藏时间线控件
  navigationHelpButton: false, // 隐藏帮助按钮
  scene3DOnly: true, // 每个几何实例将只在3D中呈现,以节省GPU内存
  shouldAnimate: true, // 开启动画自动播放
  sceneMode: 3, // 初始场景模式 1:2D 2:2D循环 3:3D,默认3
  requestRenderMode: true, // 减少Cesium渲染新帧总时间并减少Cesium在应用程序中总体CPU使用率
  // 如场景中的元素没有随仿真时间变化,请考虑将设置maximumRenderTimeChange为较高的值,例如Infinity
  maximumRenderTimeChange: Infinity
})

我们使用上面 options 配置,即可把页面上的控件全部隐藏掉,如下图所示

可以看到,虽然控件已经没有了,但是屏幕下方还有 Cesiumlogo 信息,我们需要让它也不显示

// 隐藏下方Cesium logo
viewer.cesiumWidget.creditContainer.style.display = "none"

如上所示,只需再来一行额外的配置隐藏 logo 信息,即可获得一个干净的地球实例,最终效果图如下

加载影像

Cesium 支持多种服务来源的高精度影像(地图)数据的加载和渲染,图层支持排序和透明混合,每个图层的亮度(brightness),对比度( contrast),灰度(gamma),色调(hue),饱和度(saturation)都是可以动态修改的

这里我们忽略细节,先简单介绍下影像相关的几个类,然后直接写代码去添加一些不同的常用影像图层

PS:Cesium是一个构造函数,在这个构造函数上又有无数个静态属性,它们也是不同作用的构造函数,按照OOP的方式理解,Cesium是一个父类,而它又有很多子类用来做不同的事情

Cesium.ImageryProvider类

说到影像这块儿,首先,我们要了解一下 imageryProvider 这个类,Imagery 可以翻译为图像、影像,这里就统一称之为影像

ImageryProvider 类及其子类封装了加载各种影像图层的方法,其中 Cesium.ImageryProvider 类是抽象类、基类或者可将其理解为接口,它不能被直接实例化

可以将 ImageryProvider 看作是影像图层的数据源,我们想使用哪种影像图层数据或服务就用对应的 ImageryProvider 类型去加载即可

ImageryProvider 类包含的类型

  • ArcGisMapServerImageryProvider
    • ArcGIS Online和Server的相关服务
  • BinaMapsImageryProvider
    • Bing地图影像,可以指定mapStyle,详见BingMapsStyle类
  • GoogleEarthEnterpriselmageryProvider
    • 企业级服务
  • GridImageryProvider
    • 渲染每一个瓦片内部的格网,了解每个瓦片的精细度
  • IonImageryProvider
    • Cesium ion REST API提供的影像服务
  • MapboxImageryProvider
    • Mapbox影像服务,根据 mapId 指定地图风格
  • MapboxStyleImageryProvider
    • Mapbox影像服务,根据 styleId 指定地图风格
  • createOpenStreetMapImageryProvider
    • OpenStreetMap提供的影像服务
  • SingleTilelmageryProvider
    • 单张图片的影像服务,适合离线数据或对影像数据要求并不高的场景下
  • TileCoordinatesImageryProvider
    • 渲染每一个瓦片的围,方便调试
  • TileMapServicelmageryProvider
    • 根据MapTiler规范,可自己下载瓦片,发布服务,类似ArcGIS影像服务的过程
  • UrlTemplateImageryProvider
    • 指定url的format模版,方便用户实现自己的Provider,比如国内的高德,腾讯等影像服务,url都是一个固定的规范,都可以通过该Provider轻松实现。而OSM也是通过该类实现的
  • WebMapServiceImageryProvider
    • 符合WMS规范的影像服务都可以通过该类封装,指定具体参数实现
  • WebMapTileServicelmageryProvider
    • 服务WMTS1.0.0规范的影像服务,都可以通过该类实现,比如国内的天地图

Cesium.ImageryLayer类

要知道,一份 GIS 数据会被组织成图层符号化并渲染,数据相当于内在血液、内脏,信息量丰富,而图层相当于外在皮毛、衣服,用于呈现给外界

Cesium 同样将数据源组织成图层符号化并渲染,Cesium.ImageryLayer 类就用于表示 Cesium 中的影像图层,它就相当于皮毛、衣服,将数据源包裹,它需要数据源为其提供内在丰富的地理空间信息和属性信息

Cesium.ImageryLayerCollection类

Cesium.ImageryLayerCollection 类是 ImageryLayer 实例的容器,它可以装载、放置多个 ImageryLayer 实例,而且它内部放置的 ImageryLayer 实例是有序的

Cesium.Viewer 类对象中包含的 imageryLayers 属性就是 ImageryLayerCollection 类的实例,它包含了当前 Cesium 应用程序所有的 ImageryLayer 类对象,即当前地球上加载的所有影像图层

知道了影像图层基础的体系结构,那么影像加载就简单了,上面我们也可以看到 ImageryProvider 类种类非常多,列举出来是为了给大家展示下它可以加载什么影像,但是一一演示不现实,所以接下来我们就来看几个常见影像加载

加载天地图影像

按照上述所说,首先我们要加载影像图层的数据源,Cesium地球默认加载的是 bing 地图影像,所以我们要先从容器中删除这个默认影像

viewer.imageryLayers.remove(viewer.imageryLayers.get(0))

然后,我们加载影像图层的数据源

let tianditu = new Cesium.WebMapTileServiceImageryProvider({
  url:"http://t0.tianditu.com/img_w/wmts?service=wmts&request=GetTile&version=1.0.0&LAYER=img&tileMatrixSet=w&TileMatrix={TileMatrix}&TileRow={TileRow}&TileCol={TileCol}&style=default&format=tiles&tk=ebf64362215c081f8317203220f133eb",
  layer: "tdtBasicLayer",
  style: "default",
  format: "image/jpeg",
  tileMatrixSetID: "GoogleMapsCompatible",
  show: false,
})

url 字段中的 tk 为天地图服务token,去天地图官网注册申请一个即可

随后,我们将数据源添加至 ImageryLayer 类容器进行符号化并渲染即可

将数据源添加至 ImageryLayer 类容器进行符号化并渲染有两种方法,第一种是在初始化 viewer 实例时的 options 配置中,你可以直接在 options 对象的 imageryProvider 属性中放置数据源即可

new Cesium.Viewer("cesiumContainer",{
  imageryProvider: tianditu
})

第二种方法,使用 viewer 实例中 imageryLayers 属性的 addImageryProvider 方法来添加即可

let imagery = viewer.imageryLayers.addImageryProvider(tianditu)

天地图影像预览如下

加载谷歌影像

上面步骤已经知悉,我们就不一一叙说了,下面直接看代码就好

viewer.imageryLayers.remove(viewer.imageryLayers.get(0))
let imagery = viewer.imageryLayers.addImageryProvider(
  new Cesium.UrlTemplateImageryProvider({
    url: "http://mt1.google.cn/vt/lyrs=s&hl=zh-CN&x={x}&y={y}&z={z}&s=Gali",
    baseLayerPicker : false
  })
)

谷歌影像预览如下

加载ArcGIS影像

viewer.imageryLayers.remove(viewer.imageryLayers.get(0))
let imagery = viewer.imageryLayers.addImageryProvider(
  new Cesium.ArcGisMapServerImageryProvider({
    url:'https://services.arcgisonline.com/ArcGIS/rest/services/World_Imagery/MapServer',
    baseLayerPicker : false
  })
)

ArcGIS影像预览如下

加载高德影像

viewer.imageryLayers.remove(viewer.imageryLayers.get(0))
let imagery = viewer.imageryLayers.addImageryProvider(
  new Cesium.UrlTemplateImageryProvider({
    maximumLevel:18,//最大缩放级别
    url : 'https://webst02.is.autonavi.com/appmaptile?style=6&x={x}&y={y}&z={z}',
    style: "default",
    format: "image/png",
    tileMatrixSetID: "GoogleMapsCompatible"
  })
)

高德影像预览如下

加载天地图标注

上述影像的加载,可以看到,地图上是没有标注的,我们需要额外加载标柱,同样的,它也是图层

let label = viewer.imageryLayers.addImageryProvider(
  new Cesium.WebMapTileServiceImageryProvider({
    url: "http://t0.tianditu.com/cia_w/wmts?service=wmts&request=GetTile&version=1.0.0&LAYER=cia&tileMatrixSet=w&TileMatrix={TileMatrix}&TileRow={TileRow}&TileCol={TileCol}&style=default.jpg"+"&tk="+"19b72f6cde5c8b49cf21ea2bb4c5b21e",
    layer: "tdtAnnoLayer",
    style: "default",
    maximumLevel: 18, //天地图的最大缩放级别
    format: "image/jpeg",
    tileMatrixSetID: "GoogleMapsCompatible",
    show: false,
  })
)

同样的,和天地图影像一样,不要忘了替换 tk

天地图标注预览如下

影像亮度调整

我们加载影像拿到影像实例 imagery 后,可以通过其 brightness 属性调节亮度,取值 0~1 ,默认为1

imagery.brightness = 0.9

后续

这次就到这了,其实不止是做Cesium开发的人群,做前端的同学学一学这些还是有些用处的,可以为你的页面或项目增色不少,后续内容请看暂定目录

  • 让GIS三维可视化变得简单-初识Cesium

  • 让GIS三维可视化变得简单-Vue项目中集成Cesium

  • 让GIS三维可视化变得简单-Cesium地球初始化

  • 暂定 - 让GIS三维可视化变得简单-Cesium坐标转换

  • 暂定 - 让GIS三维可视化变得简单-Cesium球体自转

  • 暂定 - 让GIS三维可视化变得简单-Cesium实体Entity及事件

  • 暂定 - 让GIS三维可视化变得简单-Cesium模型数据之3DTiles

  • 暂定 - 让GIS三维可视化变得简单-Cesium模型数据之gltf

  • 暂定 - 让GIS三维可视化变得简单-Cesium模型数据之geojson

  • 暂定 - 让GIS三维可视化变得简单-Cesium模型数据之czml

  • 暂定 - 让GIS三维可视化变得简单-Cesium流动线绘制

  • 暂定让GIS三维可视化变得简单-Cesium气泡弹窗

  • 暂定 - 让GIS三维可视化变得简单-Cesium粒子系统(火灾、雪花、喷水)

  • 暂定 - 让GIS三维可视化变得简单-Cesium鹰眼图

  • 暂定 - 让GIS三维可视化变得简单-Cesium结合Echarts

Cesium国内教程很少,文档也是英文的,不太好入手,所以此系列只是简单入门以及一些效果制作(说白了就是介绍一些简单使用和一些好玩的例子),每一篇介绍一个点,挺难涉及到Cesium核心原理,因为我也在学习中,看后期个人学习情况,我是觉得什么好玩就想学。。。

没有专业的 GIS 基础知识积累真的好难,此系列不定期更新,暂时先排这么多,不定期插入,不定期更新,敬请期待

结束

原创不易,看完点赞、养成习惯,此文收录在 GitHub,更多精彩请看 👉 isboyjc/blog/issues

如有错误请指出,互相学习,先行谢过,一个前端的 Cesium 学习过程的积累分享,自知深度不够,不喜勿喷



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