【WebGis开发 - Cesium】三维可视化项目教程---图层管理基础

qbbmnnnnnn2024-10-11 15:09

目录

  • 引言
  • 一、功能设计
    • [1. 主体功能](#1. 主体功能)
    • [2. 细节问题](#2. 细节问题)
  • 二、代码实现
    • [1. 树形控件](#1. 树形控件)
    • [2. 全局状态准备](#2. 全局状态准备)
    • [3. 创建图层控制方法](#3. 创建图层控制方法)
      • [3.1 加载、卸载方法编写](#3.1 加载、卸载方法编写)
      • [3.2 统一对外暴露入口](#3.2 统一对外暴露入口)
      • [3.3 提供图层类别的可拓展性](#3.3 提供图层类别的可拓展性)
      • [3.1 完整代码](#3.1 完整代码)
    • [4. 效果展示](#4. 效果展示)
    • [5. hooks函数使用方法](#5. hooks函数使用方法)
  • 三、总结

引言

本教程主要是围绕Cesium这一开源三维框架开展的可视化项目教程。总结一下相关从业经验，如果有什么疑问或更好的见解，欢迎评论、私聊探讨，共同进步。

本篇主要讨论如何管理二三维图层，仅以wmts和3dtiles做图层管理示例。我会在接下来的教程里专门针对其他各类图层加载方式做详细介绍。

二三维图层管理是三维可视化项目里重要的组成部分，通过树结构管理图层，根据模块设计加载对应二三维数据。

一、功能设计

1. 主体功能

  1. 设计图层数据结构，使用任意树形结构插件或是自行开发图层树。
  2. 编写图层分类加载、卸载方法，暴露统一接口，配合图层数据进行图层操作。
  3. 存储数据至全局状态，方便管理。

2. 细节问题

图层数据大致上可以分为二维图层和三维图层

在三维引擎中针对这两者的表达方式有所不同

  • 二维图层没有高度，按照加载先后顺序重叠在一起。如果内容存在遮挡，则只显示最后加载的图层。（好比一摞画册）
  • 三维图层具备高度，没有加载先后顺序重叠遮挡一说，只会根据三维模型的实际物理尺寸决定遮挡关系。
  • 所以在开发图层树的时候，要注意区分二三维图层。

二、代码实现

1. 树形控件

树形控件采用 element-plus 组件库的 tree 组件。细节查阅：Tree 树形控件

几个需要注意的点：

  • 根据需求设置 check-on-click-node ，我希望不论点击选择框或是点击树节点内容，都可以触发选中节点。
  • 根据需求设置 :expand-on-click-node="false" ，我不希望在点击包含有子节点的节点时，一边加载子节点图层内容，一边把树折叠起来。或是反过来卸载子节点图层内容，同时把树伸展开。
  • 点击事件我选择 check-change ，只有这一个点击事件返回的数据符合我的需求。根据不同的设计理念，可以查阅组件库文档，选择适合自己项目的点选事件。
  • 图层管理核心在图层加载、卸载和全局数据管理，图层树可以根据自己喜好选择任意UI框架的树形结构，或是自行开发。满足展示树形图层以及选中、取消功能即可。

html部分

html 复制代码 
    <div class="layerManager">
      <div>图层管理</div>
      <el-tree
        :data="dataSource"
        show-checkbox
        node-key="id"
        default-expand-all
        check-on-click-node
        @check-change="checkChange"
        :expand-on-click-node="false"
      >
      </el-tree>
    </div>

数据部分

二维数据使用天地图影像、矢量、注记三种。三维数据使用本地3dtiles数据（有在线数据替换一下）。

天地图wmts图层引用示例可以参考：天地图服务 ，在页面最下方有请求示例。

树节点数据主要包含几个内容

  • 只有叶子节点存在url属性，实际控制图层的加载、卸载。其父级节点只作为文件夹管理功能，不实际控制图层。
  • type属性，表面当前图层属于哪种类型，根据类型分类后，调用指定方法加载、卸载图层。
  • id属性，值必须唯一。用于检索全局状态中存储的图层重要信息。
  • label属性，图层树显示名称。
javascript 复制代码 
const dataSource = ref([
  {
    id: "1",
    label: "二维地图",
    children: [
      {
        id: "1-1",
        label: "天地图影像",
        type: "wmts",
        url: "https://t0.tianditu.gov.cn/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=你申请的天地图key",
      },
      {
        id: "1-2",
        label: "天地图矢量",
        type: "wmts",
        url: "https://t0.tianditu.gov.cn/vec_w/wmts?service=wmts&request=GetTile&version=1.0.0&LAYER=vec&tileMatrixSet=w&TileMatrix={TileMatrix}&TileRow={TileRow}&TileCol={TileCol}&style=default&format=tiles&tk=你申请的天地图key",
      },
      {
        id: "1-3",
        label: "天地图矢量注记",
        type: "wmts",
        url: "https://t0.tianditu.gov.cn/cva_w/wmts?service=wmts&request=GetTile&version=1.0.0&LAYER=cva&tileMatrixSet=w&TileMatrix={TileMatrix}&TileRow={TileRow}&TileCol={TileCol}&style=default&format=tiles&tk=你申请的天地图key",
      },
    ],
  },
  {
    id: "2",
    label: "三维地图",
    children: [
      {
        id: "2-1",
        label: "测试3dtiles模型",
        type: "3dtiles",
        // 我这里准备一份本地3dtiles数据在 `public/3dtiles/` 目录下
        url: "/3dtiles/test/tileset.json",
      },
    ],
  },
]);

2. 全局状态准备

使用 pinia 来管理全局状态

pinia的安装引入操作不过多赘述，自行查阅。

在 src/stores/ 目录下创建文件 layer.js

根据cesium提供的加载图层方法，可以发现

  • 常规二维图层都是以 imageryLayers 形式存储在全局变量 viewer 的 imageryLayers 属性中。
  • 3dtiles图层是以 primitive 形式存储在 viewer.scene 的 primitives 属性中。

所以我们创建两个全局状态数组 imageryLayers 和 primitiveLayers ，分别存储二维图层和三维图层。同时对应创建添加和查询两个action方法，用于保存和查询图层的重要信息（不需要把所有信息都存起来，只要存储特征值可以确保能在viewer中查询到对应图层即可）

javascript 复制代码 
import { defineStore } from "pinia";
export const useLayerStore = defineStore("LayerStore", {
  state: () => ({ imageryLayers: [], primitiveLayers: [] }),
  actions: {
    addImageryLayer(data) {
      this.imageryLayers.push(data);
    },
    getImageryLayer(id) {
      return this.imageryLayers.find((item) => item.id === id);
    },
    addPrimitiveLayer(data) {
      this.primitiveLayers.push(data);
    },
    getPrimitiveLayer(id) {
      return this.primitiveLayers.find((item) => item.id === id);
    },
  },
});

3. 创建图层控制方法

出于功能的可复用性考虑，将图层管理的方法封装为hooks函数

主要包含几个内容：

  1. 编写各类图层的加载和卸载方法。
  2. 集成加载和卸载的入口方法，对外暴露行为统一。
  3. 提供hooks函数的可拓展性。

3.1 加载、卸载方法编写

这里不深究对应图层加载api的使用方法，我会在之后的文章里详细介绍各图层加载方法的api使用方法以及常用属性填写。

描述一下我的编写逻辑：

  1. 加载方法
    • 先通过树节点 id 到全局状态中查询图层信息是否已经存在。
    • 如果已经加载过了，就通过保存的特殊标识查询到对应图层数据，将 show 属性改写为 true 即可。
    • 如果没有加载过，则调用对应api加载图层，加载完成后返回对应图层数据。
    • 创建图层特殊标识，用于查询到指定图层，将特殊标识添加到返回图层数据的自定义属性中，我这里设置的是layerId，确保标识值唯一。
    • 将 layerId 以及树节点信息保存至全局状态中。
  2. 卸载方法
    • 先通过树节点 id 到全局状态中查询图层信息是否已经存在。
    • 如果存在，就通过保存的特殊标识查询到对应图层数据，将 show 属性改写为 false 即可。
    • 不存在则不进行操作。
javascript 复制代码 
  import { useLayerStore } from "@/stores/layer.js";
  import { GenerateId } from "@/utils/cesium/common.js";
  const layerStore = useLayerStore();
  /**
   * @description: 添加wmts图层
   * @param {*} data
   * @return {*}
   */
  const addWmtsLayer = (data) => {
    // 先查询是否已经加载图层
    const layerData = layerStore.getImageryLayer(data.id);
    // 存在图层数据直接显示图层, 并返回
    if (layerData) {
      const layer = viewer.imageryLayers._layers.find(
        (item) => item.layerId === layerData.layerId
      );
      layer.show = true;
      layerData.show = true;
      return;
    }
    // 不存在图层数据则重新加载图层
    const imageMap = new Cesium.WebMapTileServiceImageryProvider({
      url: data.url
    });
    // 添加图层
    const layer = viewer.imageryLayers.addImageryProvider(imageMap);
    // 添加图层标识
    layer.layerId = GenerateId(18);
    // 向全局状态输入图层数据
    layerStore.addImageryLayer({ ...data, show: true, layerId: layer.layerId });
  };
  /**
   * @description: 移除wmts图层
   * @param {*} data
   * @return {*}
   */
  const removeWmtsLayer = (data) => {
    const layerData = layerStore.getImageryLayer(data.id);
    if (layerData) {
      //  获取图层数据并设置显示为false
      const layer = viewer.imageryLayers._layers.find(
        (item) => item.layerId === layerData.layerId
      );
      layer.show = false;
      layerData.show = false;
    }
  };
  /**
   * @description: 添加3dtiles图层
   * @param {*} data
   * @return {*}
   */
  const add3dtilesLayer = async (data) => {
    // 先查询是否已经加载图层
    const layerData = layerStore.getPrimitiveLayer(data.id);
    // 存在图层数据直接显示图层, 并返回
    if (layerData) {
      const layer = viewer.scene.primitives._primitives.find(
        (item) => item.layerId === layerData.layerId
      );
      layer.show = true;
      layerData.show = true;
      return;
    }
    const tileset = await Cesium.Cesium3DTileset.fromUrl(data.url);
    // 添加图层标识
    tileset.layerId = GenerateId(18);
    viewer.scene.primitives.add(tileset);
    // 向全局状态输入图层数据
    layerStore.addPrimitiveLayer({
      ...data,
      show: true,
      layerId: tileset.layerId,
    });
    viewer.flyTo(tileset);
  };
  /**
   * @description: 移除3dtiles图层
   * @param {*} data
   * @return {*}
   */
  const remove3dtilesLayer = (data) => {
    const layerData = layerStore.getPrimitiveLayer(data.id);
    if (layerData) {
      const layer = viewer.scene.primitives._primitives.find(
        (item) => item.layerId === layerData.layerId
      );
      layer.show = false;
      layerData.show = false;
    }
  };

3.2 统一对外暴露入口

继续在3.1编写的hooks函数内添加子方法及变量。

将不同类型的方法按照加载和卸载分为两类，以图层类别和方法作为 键值对 存储起来。

编写统一加载、卸载入口，通过图层类别去选择指定方法对图层进行加载和卸载操作。

javascript 复制代码 
  /**
   * @description: 添加图层方法map，用于存储不同图层加载方法
   * @return {*}
   */
  const addLayerFunctions = {
    "wmts": addWmtsLayer,
    "3dtiles": add3dtilesLayer,
    // 其他类型对应的类别和方法
    // ...
  };
  /**
   * @description: 移除图层方法map，用于存储不同图层卸载方法
   * @return {*}
   */
  const removeLayerFunctions = {
    "wmts": removeWmtsLayer,
    "3dtiles": remove3dtilesLayer,
    // 其他类型对应的类别和方法
    // ...
  };

  /**
   * @description: 添加图层入口函数，根据图层类型，分配对应加载函数
   * @param {*} data
   * @return {*}
   */
  const addLayer = (data) => {
    return addLayerFunctions[data.type](data);
  };
  /**
   * @description: 移除图层入口函数，根据图层类型，分配对应卸载函数
   * @param {*} data
   * @return {*}
   */
  const removeLayer = (data) => {
    return removeLayerFunctions[data.type](data);
  };

3.3 提供图层类别的可拓展性

继续在3.1编写的hooks函数内添加子方法及变量。

提供查询和注入两个方法

  • 通过查询方法获取已经支持的图层类别。
  • 通过注入方法，可以自定义类别和加载、卸载方法，将自定义内容按照统一格式注入 addLayerFunctions 和 removeLayerFunctions

这样做的好处是保证了hooks函数的封闭性同时可拓展，遵循了封装函数的开闭原则。

javascript 复制代码 
  /**
   * @description: 获取已有的图层加载类型
   * @return {*}
   */
  const getAvialableLayerTypes = () => {
    return Object.keys(addLayerFunctions);
  };
  /**
   * @description: 手动添加特殊图层加载、卸载方法以及图层类别
   * @param {*} type
   * @param {*} addFunc
   * @param {*} removeFunc
   * @return {*}
   */
  const addLayerType = (type, addFunc, removeFunc) => {
    if (addLayerFunctions[type]) {
      console.warn("图层方法已存在: " + type);
      return;
    }
    addLayerFunctions[type] = addFunc;
    removeLayerFunctions[type] = removeFunc;
  };

3.1 完整代码

javascript 复制代码 
import { useLayerStore } from "@/stores/layer.js";
import { GenerateId } from "@/utils/cesium/common.js";
export const useLayerManager = () => {
  const layerStore = useLayerStore();
  /**
   * @description: 添加wmts图层
   * @param {*} data
   * @return {*}
   */
  const addWmtsLayer = (data) => {
    // 先查询是否已经加载图层
    const layerData = layerStore.getImageryLayer(data.id);
    // 存在图层数据直接显示图层, 并返回
    if (layerData) {
      const layer = viewer.imageryLayers._layers.find(
        (item) => item.layerId === layerData.layerId
      );
      layer.show = true;
      layerData.show = true;
      return;
    }
    // 不存在图层数据则重新加载图层
    const imageMap = new Cesium.WebMapTileServiceImageryProvider({
      url: data.url
    });
    // 添加图层
    const layer = viewer.imageryLayers.addImageryProvider(imageMap);
    layer.layerId = GenerateId(18);
    // 向全局状态输入图层数据
    layerStore.addImageryLayer({ ...data, show: true, layerId: layer.layerId });
  };
  /**
   * @description: 移除wmts图层
   * @param {*} data
   * @return {*}
   */
  const removeWmtsLayer = (data) => {
    const layerData = layerStore.getImageryLayer(data.id);
    if (layerData) {
      //  获取图层数据并设置显示为false
      const layer = viewer.imageryLayers._layers.find(
        (item) => item.layerId === layerData.layerId
      );
      layer.show = false;
      layerData.show = false;
    }
  };
  /**
   * @description: 添加3dtiles图层
   * @param {*} data
   * @return {*}
   */
  const add3dtilesLayer = async (data) => {
    // 先查询是否已经加载图层
    const layerData = layerStore.getPrimitiveLayer(data.id);
    // 存在图层数据直接显示图层, 并返回
    if (layerData) {
      //  获取图层数据并设置显示为false
      const layer = viewer.scene.primitives._primitives.find(
        (item) => item.layerId === layerData.layerId
      );
      layer.show = true;
      layerData.show = true;
      return;
    }
    const tileset = await Cesium.Cesium3DTileset.fromUrl(data.url);
    // 添加标识
    tileset.layerId = GenerateId(18);
    viewer.scene.primitives.add(tileset);
    // 向全局状态输入图层数据
    layerStore.addPrimitiveLayer({
      ...data,
      show: true,
      layerId: tileset.layerId,
    });
    viewer.flyTo(tileset);
  };
  /**
   * @description: 移除3dtiles图层
   * @param {*} data
   * @return {*}
   */
  const remove3dtilesLayer = (data) => {
    const layerData = layerStore.getPrimitiveLayer(data.id);
    if (layerData) {
      const layer = viewer.scene.primitives._primitives.find(
        (item) => item.layerId === layerData.layerId
      );
      layer.show = false;
      layerData.show = false;
    }
  };
  /**
   * @description: 添加图层方法map，用于存储不同图层加载方法
   * @return {*}
   */
  const addLayerFunctions = {
    "wmts": addWmtsLayer,
    "3dtiles": add3dtilesLayer,
  };
  /**
   * @description: 移除图层方法map，用于存储不同图层卸载方法
   * @return {*}
   */
  const removeLayerFunctions = {
    "wmts": removeWmtsLayer,
    "3dtiles": remove3dtilesLayer,
  };

  /**
   * @description: 添加图层入口函数，根据图层类型，分配对应加载函数
   * @param {*} data
   * @return {*}
   */
  const addLayer = (data) => {
    return addLayerFunctions[data.type](data);
  };
  /**
   * @description: 移除图层入口函数，根据图层类型，分配对应卸载函数
   * @param {*} data
   * @return {*}
   */
  const removeLayer = (data) => {
    return removeLayerFunctions[data.type](data);
  };
  /**
   * @description: 获取已有的图层加载类型
   * @return {*}
   */
  const getAvialableLayerTypes = () => {
    return Object.keys(addLayerFunctions);
  };
  /**
   * @description: 手动添加特殊图层加载、卸载方法以及图层类别
   * @param {*} type
   * @param {*} addFunc
   * @param {*} removeFunc
   * @return {*}
   */
  const addLayerType = (type, addFunc, removeFunc) => {
    if (addLayerFunctions[type]) {
      console.warn("图层方法已存在: " + type);
      return;
    }
    addLayerFunctions[type] = addFunc;
    removeLayerFunctions[type] = removeFunc;
  };

  return {
    addLayer,
    removeLayer,
    getAvialableLayerTypes,
    addLayerType,
  };
};

4. 效果展示

5. hooks函数使用方法

html 复制代码 
<template>
  <div id="mapContainer">
    <div class="layermanager">
      <div>图层管理</div>
      <el-tree
        :data="dataSource"
        show-checkbox
        node-key="id"
        default-expand-all
        check-on-click-node
        @check-change="checkChange"
        :expand-on-click-node="false"
      >
      </el-tree>
    </div>
  </div>
</template>

<script setup>
import { ref, onMounted } from "vue";
import { initCesiumMap } from "@/utils/cesium/index.js";
import { useLayerManager } from "@/hooks/useLayerManager.js";
const dataSource = ref([
  {
    id: "1",
    label: "二维地图",
    children: [
      {
        id: "1-1",
        label: "天地图影像",
        type: "wmts",
        url: "https://t0.tianditu.gov.cn/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=你申请的key",
      },
      {
        id: "1-2",
        label: "天地图矢量",
        type: "wmts",
        url: "https://t0.tianditu.gov.cn/vec_w/wmts?service=wmts&request=GetTile&version=1.0.0&LAYER=vec&tileMatrixSet=w&TileMatrix={TileMatrix}&TileRow={TileRow}&TileCol={TileCol}&style=default&format=tiles&tk=你申请的key",
      },
      {
        id: "1-3",
        label: "天地图矢量注记",
        type: "wmts",
        url: "https://t0.tianditu.gov.cn/cva_w/wmts?service=wmts&request=GetTile&version=1.0.0&LAYER=cva&tileMatrixSet=w&TileMatrix={TileMatrix}&TileRow={TileRow}&TileCol={TileCol}&style=default&format=tiles&tk=你申请的key",
      },
    ],
  },
  {
    id: "2",
    label: "三维地图",
    children: [
      {
        id: "2-1",
        label: "测试3dtiles模型",
        type: "3dtiles",
        url: "/3dtiles/test/tileset.json",
      },
    ],
  },
]);

const { addLayer, removeLayer} = useLayerManager();
onMounted(() => {
  initCesiumMap();
});
const checkChange = (data, isCheck) => {
  // 判断是否为叶子节点
  if (data?.children && data?.children?.length > 0) {
    console.log("非子叶节点");
    return;
  } else {
    if (isCheck) {
      addLayer(data);
    } else {
      removeLayer(data);
    }
  }
};
</script>

三、总结

至此图层管理的基础实现脉络已经梳理完毕，但是这些还远远不够，我们仍需关心以下几个问题：

  • 二维图层的互相遮挡问题，需要拓展图层调换顺序功能。
  • 图层叠加使用场景，需要拓展图层透明度调整功能。
  • 当前场景下图层保存功能，用于场景切换时，关闭及初始化图层树。
  • 拓展其他重要图层类型的加载卸载方式。
  • 其他。

所以说一个完整的模块是亿点点优化而来的。由于篇幅问题，遗留的几个问题我将会在之后的文章中逐步闭环。

再接再厉~

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