Cesium 概述 (二) 空间数据可视化

LibraryPKU 2017-11-08

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空间数据可视化

Cesium提供Entity API来绘制空间数据，例如点、标记、标签、线、3D模型、形状、立体形状（volume）。

Entity API简介

Cesium提供两类API：

（1）面向图形开发人员的底层API，通常称为“Primitive API”。该API暴露最小限度的抽象，使用图形学术语，具有很大的灵活性，需要具有图形学编程的知识
（2）高级别的数据驱动的API，称为“Entity API”。该API使用一致性设计的、高级别的对象来管理一组相关性的可视化对象，其底层使用Primitive API

下面是Entity API的简单例子，用红色半透明区域标记出美国怀俄明州：

var viewer = new Cesium.Viewer('cesiumContainer'); //创建一个查看器（Viewer widget）var wyoming = viewer.entities.add({ //添加一个实体，仅需要传递一个简单JSON对象，返回值是一个Entity对象 name : 'Wyoming', polygon : { hierarchy : Cesium.Cartesian3.fromDegreesArray([//一组地理坐标 -109.080842,45.002073, -105.91517,45.002073, -104.058488,44.996596, -104.053011,43.002989, -104.053011,41.003906, -105.728954,40.998429, -107.919731,41.003906, -109.04798,40.998429, -111.047063,40.998429, -111.047063,42.000709, -111.047063,44.476286, -111.05254,45.002073]), material : Cesium.Color.RED.withAlpha(0.5), //材质 outline : true, //是否显示轮廓 outlineColor : Cesium.Color.BLACK //轮廓的颜色 }});viewer.zoomTo(wyoming);//缩放、平移视图使实体可见

形状与立体（Shapes and Volumes）

支持的形状与立体列表

（1）立方体(Boxes)：

（2）圆和椭圆(Circles Ellipses)

(3)走廊(Corridor)

(4)圆柱和圆锥(Cylinder Cones)

var greenCylinder = viewer.entities.add({ name : 'Green cylinder with black outline', position: Cesium.Cartesian3.fromDegrees(-100.0, 40.0, 200000.0), cylinder : { //圆柱 length : 400000.0, topRadius : 200000.0, bottomRadius : 200000.0, material : Cesium.Color.GREEN, outline : true, outlineColor : Cesium.Color.DARK_GREEN }}); var redCone = viewer.entities.add({ name : 'Red cone', position: Cesium.Cartesian3.fromDegrees(-105.0, 40.0, 200000.0), cylinder : {//圆锥 length : 400000.0, topRadius : 0.0, bottomRadius : 200000.0, material : Cesium.Color.RED }});

(5) 多边形(Polygons)

（6）多段线(Polylines)

（7）多段线体(Polyline Volumes)

（8）矩形(Rectangles)

//红色矩形var redRectangle = viewer.entities.add({ name : 'Red translucent rectangle with outline', rectangle : { coordinates : Cesium.Rectangle.fromDegrees(-110.0, 20.0, -80.0, 25.0), material : Cesium.Color.RED.withAlpha(0.5), outline : true, outlineColor : Cesium.Color.RED }});//绿色旋转、拉伸的矩形var greenRectangle = viewer.entities.add({ name : 'Green translucent, rotated, and extruded rectangle', rectangle : { coordinates : Cesium.Rectangle.fromDegrees(-100.0, 30.0, -90.0, 40.0), material : Cesium.Color.GREEN.withAlpha(0.5), rotation : Cesium.Math.toRadians(45), extrudedHeight : 300000.0, height : 100000.0, outline : true, outlineColor : Cesium.Color.GREEN }});

（9）球和椭球(Spheres Ellipsoids)

var blueEllipsoid = viewer.entities.add({    name : 'Blue ellipsoid',    position: Cesium.Cartesian3.fromDegrees(-114.0, 40.0, 300000.0),    ellipsoid : {        //可以指定三个轴的半径        radii : new Cesium.Cartesian3(200000.0, 200000.0, 300000.0),        material : Cesium.Color.BLUE    }}); var redSphere = viewer.entities.add({    name : 'Red sphere with black outline',    position: Cesium.Cartesian3.fromDegrees(-107.0, 40.0, 300000.0),    ellipsoid : {        //正球体        radii : new Cesium.Cartesian3(300000.0, 300000.0, 300000.0),        material : Cesium.Color.RED,        outline : true,        outlineColor : Cesium.Color.BLACK    }}); var outlineOnly = viewer.entities.add({    name : 'Yellow ellipsoid outline',    position: Cesium.Cartesian3.fromDegrees(-100.0, 40.0, 300000.0),    ellipsoid : {        radii : new Cesium.Cartesian3(200000.0, 200000.0, 300000.0),        fill : false,        outline : true,        outlineColor : Cesium.Color.YELLOW,        slicePartitions : 24, //横向切割线        stackPartitions : 36  //纵向切割线    }});

(10) 墙(Walls)

//东西方向的横墙var redWall = viewer.entities.add({ name : 'Red wall at height', wall : { positions : Cesium.Cartesian3.fromDegreesArrayHeights( [-115.0, 44.0, 200000.0,//坐标点 -90.0, 44.0, 200000.0] ), minimumHeights : [100000.0, 100000.0], //按坐标点的最小高度数组 material : Cesium.Color.RED }});//四边围墙var greenWall = viewer.entities.add({ name : 'Green wall from surface with outline', wall : { positions : Cesium.Cartesian3.fromDegreesArrayHeights( [-107.0, 43.0, 100000.0, -97.0, 43.0, 100000.0, -97.0, 40.0, 100000.0, -107.0, 40.0, 100000.0, -107.0, 43.0, 100000.0]), material : Cesium.Color.GREEN, outline : true, outlineColor : Cesium.Color.BLACK }});//曲折的墙var blueWall = viewer.entities.add({ name : 'Blue wall with sawtooth heights and outline', wall : { //坐标点，不指定高度 positions : Cesium.Cartesian3.fromDegreesArray( [-115.0, 50.0, -112.5, 50.0, -110.0, 50.0, -107.5, 50.0, -105.0, 50.0, -102.5, 50.0, -100.0, 50.0, -97.5, 50.0, -95.0, 50.0, -92.5, 50.0, -90.0, 50.0]), maximumHeights : [ //上高 100000, 200000, 100000, 200000, 100000, 200000, 100000, 200000, 100000, 200000, 100000], minimumHeights : [ //下高 0, 100000, 0, 100000, 0, 100000, 0, 100000, 0, 100000, 0], material : Cesium.Color.BLUE, outline : true, outlineColor : Cesium.Color.BLACK }});

材质（Material）与轮廓（Outline）

多数形状均支持通过一致的方式来设置属性、控制外观：

（1）fill：布尔型，用于指定目标形状是否被填充
（2）outline：布尔型，用于指定是否绘制形状的边缘
（3）material：如果fill为true，该属性可以控制填充的材质类型

一个例外是多段线，可以设置outlineWidth 、outlineColor、glowPower 等属性。

高度与拉伸（Extrusion）

所有的形状均默认均是沿着地表的，目前圆形、椭圆、矩形可以在一定高度浮空显示，或者拉伸为Volume。

需要注意：Cesium总是使用米、弧度、秒为度量单位。下面是一个例子：

wyoming.polygon.height = 200000; //设置高度wyoming.polygon.extrudedHeight = 250000; //设置拉伸高度

在Viewer中可用的Entity特性

除非显式禁用，点击实体后会显示SelectionIndicator小器件，以及一个信息框。通过设置Entity.description，可以在信息框中显示任何HTML内容。

镜头控制

zoomTo方法可以立即定位到某个位置，而flyTo则是通过动画方式转移到某个位置，这两个方法均可以传递EntityCollection对象，并且均是异步方法，返回一个Promises对象

默认情况下，镜头是朝北、45度倾斜查看地球。下面的代码可以让镜头朝东、倾斜三十度查看：

//镜头顺时针旋转九十度，即东向var heading = Cesium.Math.toRadians(90);//镜头倾斜30度俯视var pitch = Cesium.Math.toRadians(-30);viewer.zoomTo(wyoming, new Cesium.HeadingPitchRange(heading, pitch)).then(function(result){ //执行完毕后，进行的动作 if (result) { //如果镜头切换成功，则result=true viewer.selectedEntity = wyoming; }});

有时需要镜头跟踪某个实体（使居中）而不是地球，可以使用如下代码：

wyoming.position = Cesium.Cartesian3.fromDegrees(-107.724, 42.68);viewer.trackedEntity = wyoming; //跟踪某个实体。如果调用zoomTo、flyTo自动取消跟踪

管理Entity

EntityCollection对象是一个从Entity Id到Entity的关联数组，其提供例如add、remove、removeAll之类的常规函数，用于添加或者删除某个Entity：

//添加一个实体，并且提供IDviewer.entities.add({ id : '182bdba4-2b3e-47ae-bf0b-83f6fde285fd'});//获取一个实体var entity = viewer.entities.getById('uniqueId')//获取一个实体，如果不存在则创建之var entity = viewer.entities.getOrCreateEntity('uniqueId'); //当添加、删除、修改EntityCollection中的Entity时，可以获得事件通知function onChanged(collection, added, removed, changed){ //add、removed、changed是增删改的Entity数组 for(var i = 0; i < added.length; i++) { }}viewer.entities.collectionChanged.addEventListener(onChanged); //大批量操作时，临时禁用事件可以提高性能viewer.entities.suspendEvents();//执行各种Entity操作viewer.entities.resumeEvents();

点、图标和标签

添加一个点、标签或者图标很简单：

3D模型

Cesium支持glTF格式的3D模型，glTF是WebGL、 OpenGL ES、 OpenGL的一种运行时模型格式，在Cesium中创建3D模型很简单：

var viewer = new Cesium.Viewer('cesiumContainer');var entity = viewer.entities.add({ position : Cesium.Cartesian3.fromDegrees(-123.0744619, 44.0503706), model : { uri : '../../SampleData/models/CesiumGround/Cesium_Ground.gltf' }, scale : 1,//和原始大小相比的缩放比例 minimumPixelSize :100 //最小尺寸，防止太小而看不见});viewer.trackedEntity = entity;

默认情况下，模型竖直放置、并且面向东面。可以指定四元组（Quaternion）给Entity.orientation属性，以改变放置的方向：

var viewer = new Cesium.Viewer('cesiumContainer');var position = Cesium.Cartesian3.fromDegrees(-123.0744619, 44.0503706); //位置var heading = Cesium.Math.toRadians(45.0);//绕垂直于地心的轴旋转var pitch = Cesium.Math.toRadians(15.0); //绕纬度线旋转var roll = Cesium.Math.toRadians(0.0); //绕经度线旋转var orientation = Cesium.Transforms.headingPitchRollQuaternion(position, heading, pitch, roll); var entity = viewer.entities.add({ position : position, orientation : orientation, model : { uri : '../../SampleData/models/CesiumGround/Cesium_Ground.gltf' }});viewer.trackedEntity = entity;

例子中的heading（yaw）、pitch、roll对应了绕Z（垂直轴）、Y（维度方向）、X（经度方向）进行旋转，正数表示顺时针旋转（由于相对运动，在浏览器上看起来是地球在逆时针旋转），可以参考下图理解（人面向北面，摇头heading、点头pitch、歪头roll）：

属性系统

Cesium提供了一些快捷方式来设置属性，例如outline:true，但是尝试使用e.polygon.outline这样的形式来获取轮廓时，会得到一个ConstantProperty对象，如果不使用快捷方式，则需要编写更多的代码，例如：

polygon.outline = new Cesium.ConstantProperty(true);polygon.outlineColor = new Cesium.ConstantProperty(Cesium.Color.BLACK);

所有属性的实例均是Property的子类型，引入属性类层次而不是使用基本类型的原因是，某些属性是随着时间而变化的。

要得到属性的原始值，需要调用Property.getValue()方法，例如：

//获取当前时间点，多边形轮廓是否存在polygon.outline.getValue(viewer.clock.currentTime)