cesium gltf模型

news2024/9/27 15:32:51

cesium 支持的三维模型格式包括GLTF和GLB（二进制glTF文件）。 本文通过使用Entity图元的modelGraphics对象来加载gltf模型，简单对gltf模型的加载进行了封装。通过设置模型的欧拉角，可以计算模型的朝向。

1 3D数学中模型旋转的方式

在3D数学中，有三种方式来旋转模型，即 旋转矩阵、欧拉角、四元数。如何不熟悉，可以先去补一下3D数据基础课程。因为欧拉角比较直观，易与理解，这里简单对其进行介绍。

欧拉角将模型朝向描述为围绕3个垂直轴的3个旋转。在cesium中 定义为“航向-俯仰-滚转”。即模型朝向由航向角(Heading Angle)、俯仰角(PitchAngle)和滚转角(RollAngle)定义。

欧拉角有一个缺陷，即大名鼎鼎的万向节死锁问题。通过四元数可以解决这个问题，所以在实际的计算过程中，一般会将欧拉角转换为四元数后再计算模型朝向。

2 计算模型朝向

cesium 提供了相应的函数来计算模型朝向。

2.1 HeadingPitchRoll 类

该类定义了欧拉角（以弧度表示）来表征旋转。其参数如下：

2.2 Transforms 命名空间

cesium的Transforms命名空间包含一些三维空间的常用的转换函数，其中的headingPitchRollQuaternion函数可以通过模型的位置和设置的欧拉角计算模型的朝向。

2.3 计算模型朝向
calculateOrientation() {
  let hpr = new Cesium.HeadingPitchRoll(
  Cesium.Math.toRadians(this.style.heading),
  Cesium.Math.toRadians(this.style.pitch),
  Cesium.Math.toRadians(this.style.roll)
  );
  const position =  Cesium.Cartesian3.fromDegrees(this.coords[0], this.coords[1], this.baseHeight)
  const orientation = Cesium.Transforms.headingPitchRollQuaternion(position, hpr);
  return orientation
}

3 GltfModel 类封装

ModelGraphics类的构造函数参数如下：

各参数的具体含义请参考官网API,这里不再进行详细说明。

GltfModel.js

/*
 * @Description:
 * @Author: maizi
 * @Date: 2022-05-27 11:36:22
 * @LastEditTime: 2023-04-24 09:56:21
 * @LastEditors: maizi
 */
const merge = require('deepmerge')

const defaultStyle = {
  modelUrl: "",
  heading: 0,
  pitch: 0,
  roll: 0,
  scale: 1
}

class GltfModel {
  constructor(viewer, coords, options = {}) {
    this.viewer = viewer;
    this.coords = coords;
    this.options = options;
    this.props = this.options.props;
    this.baseHeight = this.coords[2] || 0;
    this.style = merge(defaultStyle, this.options.style || {});

    this.entity = null;
    this.init();
  }

  init() {
    this.entity = new Cesium.Entity({
      id: Math.random().toString(36).substring(2),
      type: "gltf_model",
      position: Cesium.Cartesian3.fromDegrees(this.coords[0], this.coords[1], this.baseHeight),
      props: this.props,
      orientation: this.calculateOrientation(),
      model: {
        uri: this.style.modelUrl,
        scale: this.style.scale,
      }
    });
  }

  // 计算模型四元数
  calculateOrientation() {
     //航向
     let hpr = new Cesium.HeadingPitchRoll(
      Cesium.Math.toRadians(this.style.heading),
      Cesium.Math.toRadians(this.style.pitch),
      Cesium.Math.toRadians(this.style.roll)
    );
    const position =  Cesium.Cartesian3.fromDegrees(this.coords[0], this.coords[1], this.baseHeight)
    const orientation = Cesium.Transforms.headingPitchRollQuaternion(position, hpr);
    return orientation
  }

  updateStyle(style) {
    this.style = merge(defaultStyle, style);
    this.entity.orientation = this.calculateOrientation();
    this.entity.model.scale = this.style.scale;
  }

  setSelect(enabled) {
    if (enabled) {
      this.entity.model.silhouetteColor = Cesium.Color.fromAlpha(Cesium.Color.YELLOW, 1);
      this.entity.model.silhouetteSize = 4;
    } else {
      this.entity.model.silhouetteColor = Cesium.Color.fromAlpha(Cesium.Color.YELLOW, 1);
      this.entity.model.silhouetteSize = 0;
    }
  }
}

export {
  GltfModel
}

4 完整示例代码

MapWorks.js

import GUI from 'lil-gui'; 
// 初始视图定位在中国
import { GltfModel } from './GltfModel'

Cesium.Camera.DEFAULT_VIEW_RECTANGLE = Cesium.Rectangle.fromDegrees(90, -20, 110, 90);
//天地图key
const key = '你申请的key'

let viewer = null;
let modelLayer = null
let eventHandler = null
let gltfModelList = []
let selectGraphic = null
let gui = null


function initMap(container) {
  viewer = new Cesium.Viewer(container, {
    animation: false,
    baseLayerPicker: false,
    fullscreenButton: false,
    geocoder: false,
    homeButton: false,
    infoBox: false,
    sceneModePicker: false,
    selectionIndicator: false,
    timeline: false,
    navigationHelpButton: false, 
    scene3DOnly: true,
    orderIndependentTranslucency: false,
    contextOptions: {
      webgl: {
        alpha: true
      }
    }
  })
  viewer._cesiumWidget._creditContainer.style.display = 'none'
  viewer.scene.fxaa = true
  viewer.scene.postProcessStages.fxaa.enabled = true
  if (Cesium.FeatureDetection.supportsImageRenderingPixelated()) {
    // 判断是否支持图像渲染像素化处理
    viewer.resolutionScale = window.devicePixelRatio
  }
  // 移除默认影像
  removeAll()
  // 地形深度测试
  viewer.scene.globe.depthTestAgainstTerrain = true
  // 背景色
  viewer.scene.globe.baseColor = new Cesium.Color(0.0, 0.0, 0.0, 0)
  // 太阳光照
  viewer.scene.globe.enableLighting = true;

  // 初始化图层
  initLayer()

  // 初始化鼠标事件
  initClickEvent()


  //调试
  window.viewer = viewer
}

function initGui() {
  let params = {
    ...selectGraphic.style
  }
  gui = new GUI()
  let layerFolder = gui.title('样式设置')
  layerFolder.add(params, 'heading', -180, 180).step(1.0).onChange(function (value) {
    selectGraphic.updateStyle(params)
  })
  layerFolder.add(params, 'pitch', -90, 90).step(1.0).onChange(function (value) {
    selectGraphic.updateStyle(params)
  })
  layerFolder.add(params, 'roll', -180, 180).step(1.0).onChange(function (value) {
    selectGraphic.updateStyle(params)
  })
  layerFolder.add(params, 'scale',0, 100).step(0.1).onChange(function (value) {
    selectGraphic.updateStyle(params)
  })
}

function addTdtLayer(options) {
  let url = `https://t{s}.tianditu.gov.cn/DataServer?T=${options.type}&x={x}&y={y}&l={z}&tk=${key}`
  const layerProvider = new Cesium.UrlTemplateImageryProvider({
    url: url,
    subdomains: ['0','1','2','3','4','5','6','7'],
    tilingScheme: new Cesium.WebMercatorTilingScheme(),
    maximumLevel: 18
  });
  viewer.imageryLayers.addImageryProvider(layerProvider);
}
function initLayer() {
  addTdtLayer({
    type: 'img_w'
  })
  addTdtLayer({
    type: 'cia_w'
  })
  modelLayer = new Cesium.CustomDataSource('gltfModel')
  viewer.dataSources.add(modelLayer)
}

function loadModels(points) {
  points.forEach(item => {
    const gltfModel = new GltfModel(viewer, item.coords, {
      style:item.style
    })
    modelLayer.entities.add(gltfModel.entity)
    gltfModelList.push(gltfModel)
  });
  viewer.flyTo(modelLayer)
}

function initClickEvent() {
  eventHandler = new Cesium.ScreenSpaceEventHandler(viewer.scene.canvas);
  initLeftClickEvent()
  initMouseMoveEvent()
}

function initLeftClickEvent() {
  eventHandler.setInputAction((e) => {
    if (selectGraphic) {
      selectGraphic.setSelect(false)
      selectGraphic = null
    }
    if (gui) {
      gui.destroy()
    }
    let pickedObj = viewer.scene.pick(e.position);
    if (pickedObj && pickedObj.id) {
      if (pickedObj.id.type === 'gltf_model') {
        selectGraphic = getGraphicById(pickedObj.id.id)
        if (selectGraphic) {
          selectGraphic.setSelect(true)
          initGui()
        }
      }
    }
  },Cesium.ScreenSpaceEventType.LEFT_CLICK)
}

function initMouseMoveEvent() {
  eventHandler.setInputAction((e) => {
    const pickedObj = viewer.scene.pick(e.endPosition);
    if (pickedObj && pickedObj.id) {
      if (pickedObj.id.type === 'gltf_model') {
        // 改变鼠标状态
        viewer._element.style.cursor = "";
        document.body.style.cursor = "pointer";
      } else {
        viewer._element.style.cursor = "";
        document.body.style.cursor = "default";
      }
    } else {
      viewer._element.style.cursor = "";
      document.body.style.cursor = "default";
    }
  },Cesium.ScreenSpaceEventType.MOUSE_MOVE)
}

function getGraphicById(id) {
  let graphic = null
  for (let i = 0; i < gltfModelList.length; i++) {
    if (gltfModelList[i].entity.id === id) {
      graphic = gltfModelList[i]
      break
    } 
  }
  return graphic
}



function removeAll() {
  viewer.imageryLayers.removeAll();
}

function destroy() {
  viewer.entities.removeAll();
  viewer.imageryLayers.removeAll();
  viewer.destroy();
}

export {
  initMap,
  loadModels,
  destroy
}

GltfModel.vue

<!--
 * @Description: 
 * @Author: maizi
 * @Date: 2023-04-07 17:03:50
 * @LastEditTime: 2023-04-24 09:53:33
 * @LastEditors: maizi
-->

<template>
  <div id="container">
  </div>
</template>

<script>
import * as MapWorks from './js/MapWorks'
export default {
  name: 'GltfModel',
  mounted() {
    this.init();
  },
  methods:{
    init(){
      let container = document.getElementById("container");
      MapWorks.initMap(container)
      //创建模型点位
      let points = [
        {
          coords: [104.074822, 30.659807],
          style: {
            modelUrl: '/static/model/xiaofangche.gltf'
          }
        },
        {
          coords: [104.074722, 30.659807],
          style: {
            modelUrl: '/static/model/xiaofangyuan.glb',
          }
        }
      ];
      MapWorks.loadModels(points)
    }
  },

  beforeDestroy(){
    //实例被销毁前调用，页面关闭、路由跳转、v-if和改变key值
    MapWorks.destroy();
  }
}
</script>

<style lang="scss" scoped>
#container{
  width: 100%;
  height: 100%;
  background: rgba(7, 12, 19, 1);
  overflow: hidden;
  background-size: 40px 40px, 40px 40px;
  background-image: linear-gradient(hsla(0, 0%, 100%, 0.05) 1px, transparent 0), linear-gradient(90deg, hsla(0, 0%, 100%, 0.05) 1px, transparent 0);
}


</style>

5 运行结果

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