cesium处理无人机碰撞检测方案

在 CesiumJS 中实现无人机碰撞检测 ，通常是指检测无人机（UAV）模型或轨迹是否与地形、建筑物、禁飞区或其他飞行器发生空间冲突。Cesium 本身不直接提供物理引擎，但可以通过其空间计算能力（如射线检测、包围体、高程查询等）实现基本的碰撞/接近检测。

以下是几种典型场景及对应的 代码方案：

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✅ 场景一：无人机与地形/地表碰撞检测

原理

通过 sampleTerrainMostDetailed 获取当前位置下方的真实地形高程，判断无人机高度是否低于该高程（即"撞地"）。

代码示例

import { Viewer, Cartesian3, Cartographic, sampleTerrainMostDetailed, Ellipsoid } from 'cesium';

const viewer = new Viewer('cesiumContainer');

// 无人机当前位置（经纬度 + 高度）
const dronePosition = Cartesian3.fromDegrees(116.4, 39.9, 50); // 50米高度

// 转换为地理坐标（弧度）
const cartographic = Cartographic.fromCartesian(dronePosition);

// 查询该点的地形高程
sampleTerrainMostDetailed(viewer.terrainProvider, [cartographic]).then(updatedPositions => {
    const terrainHeight = updatedPositions[0].height; // 地形高程（米）
    const droneHeight = cartographic.height;         // 无人机当前高度

    if (droneHeight <= terrainHeight + 5) { // 预留5米安全距离
        console.warn('⚠️ 无人机接近地面！可能发生碰撞！');
        // 可触发告警、自动爬升等逻辑
    }
});

💡 注意：需启用 viewer.terrainProvider（如 CesiumWorldTerrain），否则返回高程为 0。

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✅ 场景二：无人机与 3D 建筑物/障碍物碰撞检测

原理

使用 射线检测（Ray Casting） 向下发射射线，检测是否与 3DTiles 模型相交。

前提

• 建筑物以 Cesium3DTileset 形式加载（如倾斜摄影模型、BIM）。
• 启用 scene.pickTranslucentDepth = true（支持半透明拾取）。

代码示例

function checkCollisionWith3DTiles(viewer, dronePosition) {
    const scene = viewer.scene;
    const ray = new Cesium.Ray(dronePosition, Cesium.Cartesian3.negate(Cesium.Cartesian3.UNIT_Z, new Cesium.Cartesian3()));

    // 执行射线拾取（只检测 3D Tiles）
    const hit = scene.drillPick(ray, 1, [Cesium.SceneMode.SCENE3D]);

    if (hit && hit.length > 0) {
        // 检查最近交点距离
        const distance = Cesium.Cartesian3.distance(dronePosition, hit[0].position);
        if (distance < 10) { // 10米内视为危险
            console.warn('🚨 无人机接近建筑物！', hit[0]);
            return true;
        }
    }
    return false;
}

// 使用
const dronePos = Cartesian3.fromDegrees(116.4, 39.9, 80);
checkCollisionWith3DTiles(viewer, dronePos);

⚠️ 局限性：drillPick 性能较低，不适合高频调用（如每帧）。建议用于关键点检测或低频监控。

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✅ 场景三：无人机与禁飞区（空域）碰撞检测

原理

将禁飞区建模为 3D 多边形柱体（Extruded Polygon），判断无人机位置是否在其内部。

步骤

1. 定义禁飞区（经纬度边界 + 高度范围）
2. 使用点在多边形算法（2D）+ 高度区间判断

代码示例

// 禁飞区定义（北京某区域，0~1000米）
const noFlyZone = {
    polygon: [
        [116.38, 39.90],
        [116.42, 39.90],
        [116.42, 39.92],
        [116.38, 39.92]
    ],
    minHeight: 0,
    maxHeight: 1000
};

function isPointInPolygon(point, polygon) {
    let inside = false;
    for (let i = 0, j = polygon.length - 1; i < polygon.length; j = i++) {
        const xi = polygon[i][0], yi = polygon[i][1];
        const xj = polygon[j][0], yj = polygon[j][1];
        const intersect = ((yi > point[1]) !== (yj > point[1])) &&
            (point[0] < (xj - xi) * (point[1] - yi) / (yj - yi) + xi);
        if (intersect) inside = !inside;
    }
    return inside;
}

function checkNoFlyZone(droneLon, droneLat, droneAlt, zone) {
    const in2D = isPointInPolygon([droneLon, droneLat], zone.polygon);
    const inHeight = droneAlt >= zone.minHeight && droneAlt <= zone.maxHeight;
    return in2D && inHeight;
}

// 使用
const collision = checkNoFlyZone(116.4, 39.91, 150, noFlyZone);
if (collision) {
    console.error('❌ 进入禁飞区！');
}

✅ 可扩展为多个禁飞区数组循环检测。

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✅ 场景四：多无人机之间防撞（间距检测）

原理

计算两架无人机之间的欧氏距离，若小于安全阈值则告警。

代码示例

function getDistance3D(pos1, pos2) {
    return Cesium.Cartesian3.distance(pos1, pos2);
}

// 假设有两架无人机位置
const uav1 = Cartesian3.fromDegrees(116.4, 39.9, 100);
const uav2 = Cartesian3.fromDegrees(116.401, 39.901, 102);

const dist = getDistance3D(uav1, uav2);
if (dist < 50) { // 安全距离50米
    console.warn('⚠️ 无人机间距过近！', dist.toFixed(2), '米');
}

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🧩 综合建议：构建碰撞检测系统

class UAVCollisionDetector {
    constructor(viewer) {
        this.viewer = viewer;
    }

    async checkAll(dronePosition, droneLonLatAlt, otherUAVs, noFlyZones) {
        // 1. 地形碰撞
        await this.checkTerrain(dronePosition);

        // 2. 3D 建筑物（低频）
        // this.check3DTiles(dronePosition);

        // 3. 禁飞区
        noFlyZones.forEach(zone => {
            if (this.inNoFlyZone(droneLonLatAlt, zone)) {
                console.error('禁飞区冲突');
            }
        });

        // 4. 其他无人机
        otherUAVs.forEach(uav => {
            if (Cesium.Cartesian3.distance(dronePosition, uav.position) < 30) {
                console.warn('多机冲突');
            }
        });
    }

    // ... 上述各方法封装
}

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注意事项

问题	解决方案
性能瓶颈	避免每帧执行 sampleTerrain 或 drillPick，改用定时器（如每秒1次）或关键点触发
精度不足	使用 sampleTerrainMostDetailed 而非 sampleTerrain
3D Tiles 拾取失败	确保 tileset 已加载完成，且材质支持深度拾取
坐标系混淆	统一使用 Cartesian3（笛卡尔）进行距离计算，Cartographic（经纬高）用于地理判断

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进阶方向

• 集成 物理引擎（如 Cannon.js、Ammo.js）实现真实动力学仿真
• 使用 Cesium Primitive API 构建包围盒（Bounding Sphere/OBB）加速检测
• 结合 Web Worker 将计算移出主线程，避免卡顿