Ceisum无人机巡检视频投放

news2024/11/24 7:56:18

公司投标内容有个视频投放的功能动画,原本想实现这么一个效果:
在这里插入图片描述
案例效果来自别人的展示作品,Leader一眼就相中了这个效果,可惜别人的终究是别人的,又不会白白给你,终究是要自己动手尝试。

动画方面的展示效果我已经非常熟练了,无非就是两种写法1. 实体绑定时间轴,监听路径以及姿态;2. CZML加载模型和点位集合。
为了方便,我一般都用第二种。动画方面没有问题,那么就差一个视椎体视频了,只要把这个做出来,把它跟CZML的时间轴绑定起来就完事了。

Step 0:
思路:构建一个视椎体,然后计算远截面四点坐标,利用这四个点来画一个矩形,贴入视频材质,完成视频在视椎体内播放。
使用CZML播放动画,将视椎体的朝向更正为垂直向下,再将位置绑定给动画中的实体,让它们一起运动。
在这里插入图片描述
经过不懈努力拿到一个视椎体方法,可以计算出四点点位,视频作为材质镶嵌到视椎体头部,偶然间尝试到的perPositionHeight: true解决了多边形不贴合问题,视频播放也解决了,一切都在向着美好的方向,最后发现视椎体我控制不了它旋转到垂直向下的方向,这需要足够的矩阵计算能力,还有就是动态更新位置也是个技术大关,一时半会儿搞不定,Game Over!

花费了不少时间去追求最高品质效果,受阻后开始琢磨阉割版。

虽然接下来实现的可能是个简陋功能,但能让Leader有个可以交差的东西,后续有时间再重新研究。

想法:去除视椎体,添加一个适合贴视频的材质,让它跟随无人机一起运动,可以简单实现视频追着无人机飞。

Step 1:
思路: 动态点还是依靠CZML实现,在dataSource.then方法内部作用域中获取路径实体,添加rectangle矩形,所需四个点通过Cesium.CallbackProperty回调函数实时计算。

部分代码:

dataSource
        .then(function (dataSource) {
          var entity = dataSource.entities.getById("path");
          entity.viewFrom = new Cesium.Cartesian3(0.0, 0, 15000.0);
          that.viewer.trackedEntity = entity;
	
	const videoElement = document.getElementById('ceguiji'); //视频早已绑定到标签
          that.viewer.entities.add({
              rectangle: {
                  coordinates: new Cesium.CallbackProperty(function (time, result){
                    var sourpos = entity.position.getValue(time);
                    var cartographic1 = Cesium.Ellipsoid.WGS84.cartesianToCartographic(sourpos);
                    var lon1 = Cesium.Math.toDegrees(cartographic1.longitude);
                    var lat1 = Cesium.Math.toDegrees(cartographic1.latitude);
                    var height1 = cartographic1.height;
                    return Cesium.Rectangle.fromDegrees(lon1-0.0001,lat1 - 0.0002, lon1+0.0001, lat1+0.0002)
                  },false),
                  material: videoElement
              },
          })

	}

在这里插入图片描述

很容易就出来一个跟随路径飞行的视频,但跟路径夹角基础在45度,视频长宽被拉伸得不成型,还不能变方向,这就是固定点的局限性,直接pass。

Step 2:
思路:将材质换成视频墙,plane比wall更合适,只需要一个动点,长宽皆可由属性定义,这样一个长宽合适的视频就跟随路径移动了,但有个两个问题,一个是大难题怎样实时更新姿态,另一个视频立起来了,我还要让它倒下去,跟地面平行。

部分代码:

var bluePlane = that.viewer.entities.add({
            name : "Blue plane",
            position : Cesium.Cartesian3
                .fromDegrees(118.835100, 35.183068, 190),
            plane : {
              plane : new Cesium.Plane(Cesium.Cartesian3.UNIT_Y, 0.0),
              dimensions : new Cesium.Cartesian2(-150.0, 100.0),
              material : videoElement,
              stRotation: Cesium.Math.toRadians(90)
            },
          });

在这里插入图片描述

经过一系列尝试,我发现解决将它放平的难度可能比解决实时更新姿态的难度更高,AI也说了,这两个材质设计之初就没考虑过空间问题,所以还是换吧。

Step 3:
思路:box材质让我看到了希望,它是一个立体盒子,我可以通过设置长宽、高为0,来实现一个平面视频墙。

var bluePlane = that.viewer.entities.add({
            name : "Blue plane",
            position : Cesium.Cartesian3
                .fromDegrees(118.835100, 35.183068, 190),
            box: {
              dimensions : new Cesium.Cartesian3(60.0, 30.0, 0.0),
              material: videoElement
            },
          });

在这里插入图片描述

轻松得到一个平行地面的视频材质,所以只剩下最后一个问题,如何让材质跟随路径调整姿态。

Step 4:
思路:我尝试将box加入czml中,这样它可以通过czml的自带属性来实时更新姿态,我就不用考虑变换矩阵

{
            id: "box",
            name: "uva-box-fly",
            availability: "2022-08-04T10:00:00Z/2022-08-04T15:00:00Z",
            box: {
                dimensions: {
                    cartesian: [60.0, 30.0]
                },
                material: Cesium.Color.RED.withAlpha(0.5),
            },
            orientation: {
                velocityReference: "#position"
            },
            model: {
                gltf: "/models/Cesium_Air.glb",
                scale: 2
            },
            position: {
                epoch: "2022-08-04T10:00:00Z",
                cartographicDegrees: [],
            },
        },

但我发现视频是横着放的,这个暂且不管,得到下面这个效果。
在这里插入图片描述
因为它用的是飞机路径的position,和飞机路线重合,所以就叠一起了,我复制了一份路径存储数组,在push的时候高度降低50,这样就可以分离飞机和视频。

但再看效果,发现连飞机都复刻下来了,简直离谱!
在这里插入图片描述
Step 5:
接上一步,既然都是要在dataSource.then中实现,那么加入实体追踪的方式似乎也难不了多少,尝试了一下思路,很轻易就实现了同样的效果,关键点在于设置实体方向orientation: Cesium.Quaternion.IDENTITY,这个值可以根据position初始化姿态,也就可以做到跟随路径同步调整方向,但实现效果上我看到了一个斜放的刀片一样的东西,视频方向永远倾斜,这跟视椎体初始化角度问题一样,是个大毛病。
在这里插入图片描述

看到只差最后一步,我只能去搜寻旋转实体的方法,让它在原有姿态基础上旋转到合适角度。原本尝试了Cesium.Transforms.headingPitchRollQuaternion(Cesium.Cartesian3.fromDegrees(lon,lat,height), new Cesium.HeadingPitchRoll(45, 0, 0))这个常用办法,但报错了,搜了一下AI发现这个用于局部坐标系,而我获取到的点已经是Cartesian3,方法不可用,于是尝试更难的四元数矩阵转换,还好没给我出现太多阻碍,连着解决了几个小问题,实现了比较好的一版。

部分代码:

var bluePlane = that.viewer.entities.add({
                name : "Blue plane",
                position : Cesium.Cartesian3
                    .fromDegrees(118.835100, 35.183068, 190),
                orientation: Cesium.Quaternion.IDENTITY,
                box: {
                    dimensions : new Cesium.Cartesian3(60.0, 30.0, 0.0),
                    material: videoElement
                },
            });

            that.viewer.clock.onTick.addEventListener(function(clock) {
                var currentTime = that.viewer.clock.currentTime;
                var currentOrientation = entity.orientation.getValue(currentTime);
                if (Cesium.defined(currentOrientation) && currentOrientation instanceof Cesium.Quaternion) {
                    var newOrientation = Cesium.Quaternion.clone(currentOrientation);
                    // 应用旋转
                    var rotationQuaternion = Cesium.Quaternion.fromAxisAngle(Cesium.Cartesian3.UNIT_Z, Cesium.Math.toRadians(-90));
                    var finalOrientation = Cesium.Quaternion.multiply(newOrientation, rotationQuaternion, new Cesium.Quaternion());
                    // 更新实体的 orientation
                    bluePlane.orientation = new Cesium.ConstantProperty(finalOrientation);
                } else {
                    console.error('Orientation is not a valid Cesium.Quaternion');
                }
            })

            var property = new Cesium.SampledPositionProperty();//存储坐标
            for (var ind = 0; ind < timesArr.length; ind++) {
                var time = Cesium.JulianDate.addSeconds(
                    that.viewer.clock.currentTime,
                    timesArr[ind],
                    new Cesium.JulianDate()
                );
                var position = entity.position.getValue(time);
                if (position) {
                    var cartographic =
                        Cesium.Ellipsoid.WGS84.cartesianToCartographic(position);
                    var lat = Cesium.Math.toDegrees(cartographic.latitude);
                    var lng = Cesium.Math.toDegrees(cartographic.longitude);
                    var hei = cartographic.height / 1.9;

                    property.addSample(
                        time,
                        Cesium.Cartesian3.fromDegrees(lng, lat, hei)
                    );
                }
            }
            bluePlane.position = property;

在这里插入图片描述
效果我很满意,实现了我最初的思路,视频和无人机保持相对静止状态,同时飞行和调整朝向,视频可以播放,于是迫不及待地写入了项目。
在这里插入图片描述
阉割版视频投屏正式完成了,Leader可以拿去交差了。

两个月后。。。

Leader找到我,问我视频投放这块有什么突破性研究没有,可不可以把之前看到的那个高品质效果做出来,我给了他一个OK的手势。

我在来到这个公司之前,是做军工项目的,对于Cesium用的最多的就是军标绘制,兵力单元的展示等静态方面的效果,交互用的不多,视椎体更是不了解。

在那次受挫之后,我看了很多计算机图形学的文章,搜罗了网上几乎所有对相机视椎体的介绍文章,还从地理专业的高中同学以及考研的大学室友那里取了经,自信已经可以试着把那个功能做出来了。

之前还遗留了个问题,就是关于视椎体为什么会歪的答案,我请教了Cesium中文网的作者,他告诉我视椎体初始姿态会受到地理位置的影响,需要手动矫正。后来我结识了很多Cesium爱好者,互相分享技术,探讨问题,终于在某个Demo中拿到了矫正过的视椎体,虽然方法被做过加密,里面全是单个字母那种变量,让人看的头晕,但我还是将矫正方法给剥离了出来,加入了我的视椎体中,但很神奇的一点,人家可以完美运行的方法,到了我这就不断报错,我逐行检查,发现了几个NaN,原来是计算过程中出现了不符合数学逻辑的东西,由于没找到罪魁祸首,我暂且在中间强行赋值,跳过了几步,让视椎体正常构建而不报错,最后成功矫正了朝向,但也留了个问题,想要在视椎体构建完成之后再次改动朝向,需要重新矫正视椎体,我用的暴力矫正方法可没那么灵活。

不要想太多,先把功能给实现再说,细节方面可以慢慢来。

我重新构建了视椎体,贴上视频,计算出远截面四顶点相对位置,构建平移矩阵移动位置,构建旋转矩阵调整朝向,很好,都成功了,接着加载CZML动画,将视椎体的中心点给绑了上去,视椎体其他部位都是根据中心点来自动调整的。

就在我满含期待之下,纳尼?视椎体不见了?

就在CZML启动之后,视椎体瞬移消失了,我根本不知道它跑哪儿去了,我询问了一些Cesium爱好者,他们说可能是没有考虑缩放等属性,导致视椎体变得很小或者处于隐身状态。

对此我毫无办法,我的能力目前只到这里,超出平移和旋转的知识还是两眼一抹黑,我心想难到就止步于此了吗?

不!我可不是一个人,我的背后还有一支完备的支援大军,我有一个Cesium探讨扣扣群,里面的个个都是人才,说话又好听,于是就将我的问题抛给了群友,期待能从他们那里得到答案。

答案并没有如期拿到,因为群里的老大哥不屑地告诉我,视频投影?群文件里早就上传的有,你干嘛再自己做一个?

于是我找到了那个源码,如获至宝,居然是封装完好的,可以直接拿来用,于是我就改变思路,在这个封装方法的基础上继续完成我的无人机视频投放。封装的方法只到改变初始姿态这点,后面的都要我自己加上,但这对我而言完全不是问题,很快我就看到了效果。
在这里插入图片描述在这里插入图片描述

感谢群友的贡献,功能真的很完美,效果跟Leader相中的那个案例作品差不多。
视频投影源码是别人的成果,我就不私自放了。

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