Cesium绘制线:从基础到高级技巧

Cesium绘制线:从基础到高级技巧

  • [1. Cesium绘制线的核心API](#1. Cesium绘制线的核心API)
    • [1.1 `Entity` 类](#1.1 Entity 类)
    • [1.2 `Polyline` 类](#1.2 Polyline 类)
    • [1.3 `PolylineCollection` 类](#1.3 PolylineCollection 类)
    • [1.4 `Primitive` 和 `Pipeline`](#1.4 PrimitivePipeline)
    • [1.5 `Material` 和 `DataSource`](#1.5 MaterialDataSource)
  • [2. Cesium绘制线的实际应用](#2. Cesium绘制线的实际应用)
    • [2.1 创建一条简单的线](#2.1 创建一条简单的线)
    • [2.2 动态更新线](#2.2 动态更新线)
    • [2.3 结合地形绘制线](#2.3 结合地形绘制线)
    • [2.4 绘制三维空间中的线](#2.4 绘制三维空间中的线)
  • [3. Cesium绘制线的高级技巧](#3. Cesium绘制线的高级技巧)
    • [3.1 使用 `PolylineCollection` 管理大量线](#3.1 使用 PolylineCollection 管理大量线)
    • [3.2 绘制动态线](#3.2 绘制动态线)
    • [3.3 结合 3D Tiles 进行可视化](#3.3 结合 3D Tiles 进行可视化)
    • [3.4 使用高级材质](#3.4 使用高级材质)
    • [3.5 交互式线绘制](#3.5 交互式线绘制)
  • [4. Cesium绘制线的内部原理与优化](#4. Cesium绘制线的内部原理与优化)
    • [4.1 `Polyline` 的内部实现](#4.1 Polyline 的内部实现)
    • [4.2 `PolylineCollection` 的性能优化](#4.2 PolylineCollection 的性能优化)
    • [4.3 Cesium的渲染优化策略](#4.3 Cesium的渲染优化策略)
    • [4.4 自定义着色器与高级效果](#4.4 自定义着色器与高级效果)
  • [5. 总结](#5. 总结)
  • [6. 参考文献与资源](#6. 参考文献与资源)

Cesium 是一个功能强大的开源 3D 地球和地图可视化引擎,支持在三维空间中绘制各种几何图形,包括线。本文将详细介绍如何在 Cesium 中绘制线,包括相关 API 的介绍、基本应用、高级应用以及 API 的内部原理与实现逻辑。


1. Cesium绘制线的核心API

Cesium 提供了丰富的 API 来绘制线。以下是几个关键的类和方法:

1.1 Entity

Entity 是 Cesium 中的基本构建块,用于表示场景中的对象。要绘制一条线,可以使用 Entitypolyline 属性。

javascript 复制代码
const entity = viewer.entities.add({
  polyline: {
    // 配置线的属性
  }
});

1.2 Polyline

PolylineEntity 的一个属性,用于定义线的几何和外观。以下是 Polyline 的一些常用属性:

  • positions: 线的顶点坐标,使用 Cartesian3Cartesian2 表示。
  • width: 线的宽度。
  • material: 线的材质,支持颜色、图像等。
  • arcType: 指定线是大圆弧(ArcType.GREAT_CIRCLE)还是恒定方位角弧(ArcType.RHUMB_LINE)。
  • loop: 是否闭合线。

1.3 PolylineCollection

PolylineCollection 是一个用于管理大量线的容器。它适用于需要绘制大量线的场景,可以提高性能。

javascript 复制代码
const polylineCollection = new Cesium.PolylineCollection();
viewer.scene.primitives.add(polylineCollection);

1.4 PrimitivePipeline

Cesium 使用 Primitive 来表示几何图形,Pipeline 则用于生成顶点缓冲区和索引缓冲区。了解这些类有助于理解 Polyline 的内部实现。

1.5 MaterialDataSource

Material 用于定义线的外观,支持颜色、图像等多种形式。DataSource 则用于从外部数据源加载线的数据。


2. Cesium绘制线的实际应用

2.1 创建一条简单的线

以下代码演示如何在 Cesium 中创建一条简单的线:

javascript 复制代码
// 创建一个 Cesium 视图
const viewer = new Cesium.Viewer('cesiumContainer');

// 添加一条线
const entity = viewer.entities.add({
  polyline: {
    positions: Cesium.Cartesian3.fromDegreesArray([
      116.4074, 39.9040,  // 北京
      121.4737, 31.2304   // 上海
    ]),
    width: 2,
    material: new Cesium.ColorMaterialProperty(Cesium.Color.RED)
  }
});

// 设置相机视角
viewer.camera.flyTo({
  destination: Cesium.Cartesian3.fromDegrees(118.8062, 32.0401, 1000000)
});

2.2 动态更新线

可以通过修改 Entity 的属性来动态更新线的外观:

javascript 复制代码
// 改变线的颜色
entity.polyline.material = new Cesium.ColorMaterialProperty(Cesium.Color.BLUE);

// 添加更多顶点
const positions = entity.polyline.positions.getValue();
positions.push(Cesium.Cartesian3.fromDegrees(104.0654, 30.6700)); // 重庆
entity.polyline.positions.setValue(positions);

2.3 结合地形绘制线

Cesium 支持将线绘制在地形表面。以下代码演示如何实现这一点:

javascript 复制代码
const entity = viewer.entities.add({
  polyline: {
    positions: Cesium.Cartesian3.fromDegreesArray([
      116.4074, 39.9040,
      121.4737, 31.2304
    ]),
    width: 2,
    material: Cesium.Color.RED,
    followSurface: true
  }
});

2.4 绘制三维空间中的线

Cesium 支持在三维空间中绘制线,可以指定高度和倾斜角度。

javascript 复制代码
const entity = viewer.entities.add({
  polyline: {
    positions: Cesium.Cartesian3.fromDegreesArrayHeights([
      116.4074, 39.9040, 1000,
      121.4737, 31.2304, 2000
    ]),
    width: 2,
    material: Cesium.Color.BLUE
  }
});

3. Cesium绘制线的高级技巧

3.1 使用 PolylineCollection 管理大量线

当需要绘制大量线时,PolylineCollection 是一个更好的选择。它支持批量操作,性能更高。

javascript 复制代码
const polylineCollection = new Cesium.PolylineCollection();

// 添加多条线
polylineCollection.add({
  positions: Cesium.Cartesian3.fromDegreesArray([
    116.4074, 39.9040,
    121.4737, 31.2304
  ]),
  width: 2,
  material: Cesium.Color.RED
});

polylineCollection.add({
  positions: Cesium.Cartesian3.fromDegreesArray([
    121.4737, 31.2304,
    104.0654, 30.6700
  ]),
  width: 2,
  material: Cesium.Color.BLUE
});

viewer.scene.primitives.add(polylineCollection);

3.2 绘制动态线

可以通过定时器动态更新线的顶点,实现动态效果:

javascript 复制代码
const entity = viewer.entities.add({
  polyline: {
    positions: Cesium.Cartesian3.fromDegreesArray([
      116.4074, 39.9040
    ]),
    width: 2,
    material: Cesium.Color.RED
  }
});

let positions = entity.polyline.positions.getValue();
setInterval(() => {
  const randomLon = 116 + Math.random() * 10;
  const randomLat = 39 + Math.random() * 10;
  positions.push(Cesium.Cartesian3.fromDegrees(randomLon, randomLat));
  entity.polyline.positions.setValue(positions);
}, 1000);

3.3 结合 3D Tiles 进行可视化

Cesium 支持将线与 3D Tiles 数据结合,实现更复杂的可视化效果。例如,可以在 3D 建筑物上绘制路径。

javascript 复制代码
// 添加 3D Tiles 数据
const tileset = viewer.scene.primitives.add(
  new Cesium.Tileset({
    url: 'path/to/tileset.json'
  })
);

// 在建筑物上绘制路径
const entity = viewer.entities.add({
  polyline: {
    positions: Cesium.Cartesian3.fromDegreesArray([
      116.4074, 39.9040,
      116.4074, 39.9040,
      116.4074, 39.9040
    ]),
    width: 2,
    material: Cesium.Color.RED
  }
});

3.4 使用高级材质

Cesium 支持使用高级材质,如渐变颜色、纹理映射等,来增强线的视觉效果。

javascript 复制代码
const entity = viewer.entities.add({
  polyline: {
    positions: Cesium.Cartesian3.fromDegreesArray([
      116.4074, 39.9040,
      121.4737, 31.2304
    ]),
    width: 2,
    material: new Cesium.StripMaterialProperty({
      colors: [
        Cesium.Color.RED,
        Cesium.Color.BLUE
      ]
    })
  }
});

3.5 交互式线绘制

Cesium 支持交互式线绘制,用户可以通过鼠标点击或拖拽来绘制线。

javascript 复制代码
const handler = new Cesium.ScreenSpaceEventHandler(viewer.scene.canvas);

handler.setInputAction(function(movement) {
  const position = viewer.scene.pickPosition(movement.endPosition);
  if (position) {
    positions.push(position);
    entity.polyline.positions.setValue(positions);
  }
}, Cesium.ScreenSpaceEventType.MOUSE_MOVE);

4. Cesium绘制线的内部原理与优化

4.1 Polyline 的内部实现

Polyline 的核心实现依赖于 PrimitivePipeline。以下是其实现逻辑的简要分析:

  1. 顶点生成Polyline 会根据 positions 生成顶点缓冲区。每个顶点包含位置、法线和纹理坐标。
  2. 索引生成Polyline 会生成索引缓冲区,用于定义线段的连接方式。
  3. 材质与着色器Polyline 使用 Material 来定义外观,并通过着色器进行渲染。

以下是 Polyline 的部分源码逻辑:

javascript 复制代码
// 生成顶点缓冲区
const vertexBuffer = Pipeline.createVertexBuffer({
  context: context,
  attributes: attributes
});

// 生成索引缓冲区
const indexBuffer = Pipeline.createIndexBuffer({
  context: context,
  indices: indices
});

// 创建 Primitive
const primitive = new Primitive({
  vertexBuffer: vertexBuffer,
  indexBuffer: indexBuffer,
  appearance: new Appearance({
    material: material,
    vertexShaderSource: vertexShaderSource,
    fragmentShaderSource: fragmentShaderSource
  })
});

4.2 PolylineCollection 的性能优化

PolylineCollection 通过批量处理顶点和索引,减少了绘制调用次数,从而提高了性能。以下是其实现逻辑的简要分析:

  1. 批量顶点生成PolylineCollection 将所有线的顶点合并到一个顶点缓冲区中。
  2. 批量索引生成PolylineCollection 将所有线的索引合并到一个索引缓冲区中。
  3. 统一渲染PolylineCollection 使用一个 Primitive 来渲染所有线,减少了绘制调用次数。

4.3 Cesium的渲染优化策略

Cesium 采用了多种优化策略来提高性能,包括:

  • 缓存机制:Cesium 会缓存已生成的顶点和索引,避免重复计算。
  • 层次化剔除:Cesium 使用层次化剔除算法,减少不必要的渲染。
  • GPU加速:Cesium 充分利用 GPU 的并行计算能力,提高渲染效率。

4.4 自定义着色器与高级效果

Cesium 支持自定义着色器,可以实现更复杂的视觉效果,如光照、阴影和动画。

javascript 复制代码
const vertexShaderSource = `
  attribute vec3 position;
  attribute vec3 normal;
  attribute vec2 texCoord;
  
  varying vec2 v_texCoord;
  
  void main() {
    v_texCoord = texCoord;
    gl_Position = czm_viewProjection * vec4(position, 1.0);
  }
`;

const fragmentShaderSource = `
  varying vec2 v_texCoord;
  
  void main() {
    gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
  }
`;

const appearance = new Cesium.Appearance({
  material: material,
  vertexShaderSource: vertexShaderSource,
  fragmentShaderSource: fragmentShaderSource
});

5. 总结

Cesium 提供了丰富的 API 来绘制线,从简单的 Polyline 到复杂的 PolylineCollection,满足了不同场景的需求。通过理解这些 API 的内部实现逻辑,开发者可以更好地优化性能,实现更复杂的可视化效果。希望本文对你在 Cesium 中绘制线的技术实践有所帮助!


6. 参考文献与资源

相关推荐
蒙奇D索大3 小时前
【计算机网络】408计算机网络高分指南:物理层编码与调制技术精讲
java·前端·学习·计算机网络
东皇太星3 小时前
机器学习概念,算法原理及应用
算法·机器学习·梯度下降法
无盐海3 小时前
CSRF漏洞攻击(跨站请求伪造攻击)
前端·csrf
.格子衫.3 小时前
021数据结构之并查集——算法备赛
数据结构·算法
im_AMBER3 小时前
Leetcode 35
笔记·学习·算法·leetcode
码农多耕地呗3 小时前
力扣101.对称二叉树(java)
算法·leetcode
慧一居士4 小时前
CSS3 全部功能点介绍,使用场景,对应功能点完整使用示例
前端
烛阴4 小时前
深入Lua包(Package)与依赖管理
前端·lua
IT_陈寒4 小时前
5个Vue3性能优化技巧,让你的应用提速50% 🚀(附实测对比)
前端·人工智能·后端