Cesium如何高性能的实现上万条道路的流光穿梭效果

news2024/10/7 9:20:44

大家好，我是日拱一卒的攻城师不浪，专注可视化、数字孪生、前端、nodejs、AI学习、GIS等学习沉淀，这是2024年输出的第20/100篇文章；

前言

在智慧城市的项目中，经常会碰到这样一个需求：领导要求将全市的道路都能够用一个光流效果展示，能够一眼了解整个城市的路网概况。

Cesium高性能实现道路流光，并附修改底图颜色

今天，我们将在Cesium中从零到一实现这样的效果，一共2种方案可供选择：

entity实现：性能一般；
primitives实现：性能刚刚滴；

entity实现

首先我们需要拿到渲染道路所需要的数据，可以选择geojson数据格式，直接用Cesium.GeoJsonDataSource加载数据。

// 使用entity渲染
let _dataSource = null;
const material = new RoadThroughLine(1000, "/images/spriteline.png");
const onStartEntity = () => {
  // 道路闪烁线
  _dataSource = new Cesium.GeoJsonDataSource();
  _dataSource.load("/json/qdRoad_less.geojson").then(function (dataSource) {
    // 获取每条道路的实体
    const entities = dataSource.entities.values;
    // 设置每条道路的属性，宽度和材质等
    for (let i = 0; i < entities.length; i++) {
      let entity = entities[i];
      entity.polyline.width = 1.7;
      entity.polyline.material = material;
    }
  });
  viewer.dataSources.add(_dataSource);
};

啊？这就完了？细心的小伙伴可能发现了RoadThroughLine这个类，对，这不是Cesium提供的，而是需要我们自己封装，主要用来给道路赋予材质以及动画渲染的。

entity有一个属性是material，这个属性接收用户自定义材质，这个material需要的值是一个类的实例化，所以需要先去定义好这个类。

新开一个文件定义：

import * as Cesium from "cesium";
// 构造函数
function Spriteline1MaterialProperty(duration, image) {
  this._definitionChanged = new Cesium.Event(); // Cesium的事件订阅
  this.duration = duration; // 参数：光流的持续时间
  this.image = image; // 参数：光流的材质贴图
  this._time = performance.now(); // 记录时间线
}
Object.defineProperties(Spriteline1MaterialProperty.prototype, {
  isConstant: {
    get: function () {
      return false;
    },
  },
  definitionChanged: {
    get: function () {
      return this._definitionChanged;
    },
  },
  color: Cesium.createPropertyDescriptor("color"), // createPropertyDescriptor为color属性创建'setter'和'getter'的函数”
  duration: Cesium.createPropertyDescriptor("duration"),
});
// 设置材质类型名称
Spriteline1MaterialProperty.prototype.getType = function (time) {
  return "Spriteline1";
};
// 设置材质的值
Spriteline1MaterialProperty.prototype.getValue = function (time, result) {
  if (!Cesium.defined(result)) {
    result = {};
  }
  result.image = this.image;
  result.time =
    ((performance.now() - this._time) % this.duration) / this.duration;
  return result;
};

Cesium.Material.Spriteline1Type = "Spriteline1";
// 着色器代码
Cesium.Material.Spriteline1Source = `
// 定义一个名为czm_getMaterial的函数，它接受一个czm_materialInput类型的参数materialInput
czm_material czm_getMaterial(czm_materialInput materialInput)
{
// 使用Cesium提供的函数来获取默认材质。
czm_material material = czm_getDefaultMaterial(materialInput);
 // 从传入的materialInput中获取二维纹理坐标。
vec2 st = materialInput.st; 
// 使用texture函数对指定的纹理图像进行采样，并使用fract函数来实现纹理的流动效果。
// 这里的speed变量控制流动速度，用于实现动态效果。
vec4 colorImage = texture(image, vec2(fract(st.s - time), st.t));
// 将采样到的透明度附着给材质的透明度alpha属性
material.alpha = colorImage.a;
// 将采样得到的纹理的rgb值乘以1.5，设置为材质的diffuse颜色。
// 这里乘以1.5是为了增强颜色的亮度。
material.diffuse = colorImage.rgb * 1.5 ;
return material;
}
`;
// _materialCache是Cesium.Material的私有属性，用来缓存自定义材质
Cesium.Material._materialCache.addMaterial(Cesium.Material.Spriteline1Type, {
  fabric: {
    type: Cesium.Material.Spriteline1Type,
    // uniforms的属性都是传给着色器代码的Spriteline1Source
    uniforms: {
      color: new Cesium.Color(1, 0, 0, 0.5),
      image: "",
      transparent: true,
      time: 20,
    },
    source: Cesium.Material.Spriteline1Source,
  },
  translucent: function (material) {
    return true;
  },
});

export default Spriteline1MaterialProperty;

流光材质图片

OK，代码注释已经都标明了，我们只需要实例化这个类，就可以渲染成功了。

primitive

如果是数据量比较小的情况下，entity渲染性能还能接受，但如果是一个市甚至是一个省的街道，那直接就把甲方爸爸卡到医院ICU了~

例如我这里有个数据，json数据达到了将近7万行。

其实这个数据量还不算大，比这大的还有很多，如果用entity的方案的话，再加上向服务器请求数据的时间，大概要等个几秒钟。

所以我们做项目，要尽可能的将性能调优，不放过每一个影响性能的蛀虫代码，因为千里之堤，溃于蚁穴。

Primitive是Cesium提供的性能更优的几何体实例，只不过是Entity封装了了更多的常用方法，所以导致其比较重。

Primitive相对轻量化，Cesium在底层对其进行了一些性能调优，并且开发者可以更自由的使用。

let primitives = null;
const onStartPimitive = async () => {
  // 先拿到道路的json数据
  const { res } = await getGeojson(jsonUrl);
  const { features } = res;
  // primitive的实例集合
  const instance = [];
  if (features?.length) {
    features.forEach((item) => {
      const arr = item.geometry.coordinates;
      arr.forEach((el) => {
        let arr1 = [];
        el.forEach((_el) => {
          arr1 = arr1.concat(_el);
        });
        // 多线段几何体创建
        const polyline = new Cesium.PolylineGeometry({
          positions: Cesium.Cartesian3.fromDegreesArray(arr1),
          width: 1.7,
          vertexFormat: Cesium.PolylineMaterialAppearance.VERTEX_FORMAT, // 顶点属性，默认即可
        });
        const geometry = Cesium.PolylineGeometry.createGeometry(polyline);
        instance.push(
          new Cesium.GeometryInstance({
            geometry,
          })
        );
      });
    });
    // 着色器编写，跟上方entity的基本一致
    let source = `czm_material czm_getMaterial(czm_materialInput materialInput)
      {
         czm_material material = czm_getDefaultMaterial(materialInput);
         vec2 st = materialInput.st;
         vec4 colorImage = texture(image, vec2(fract((st.s - speed * czm_frameNumber * 0.001)), st.t));
         material.alpha = colorImage.a * color.a;
         material.diffuse = colorImage.rgb * 1.5 ;
         return material;
      }`;

    const material = new Cesium.Material({
      fabric: {
        uniforms: {
          color: Cesium.Color.fromCssColorString("#7ffeff"),
          image: "/images/spriteline.png",
          speed: 10,
        },
        source,
      },
      translucent: function () {
        return true;
      },
    });
    // 材质着色的外观
    const appearance = new Cesium.PolylineMaterialAppearance();
    appearance.material = material;
    const primitive = new Cesium.Primitive({
      geometryInstances: instance,
      appearance,
      asynchronous: false,
    });

    primitives = viewer.scene.primitives.add(primitive);
  }
};