Cesium绘制线：从基础到高级技巧

Cesium 是一个功能强大的开源 3D 地球和地图可视化引擎，支持在三维空间中绘制各种几何图形，包括线。本文将详细介绍如何在 Cesium 中绘制线，包括相关 API 的介绍、基本应用、高级应用以及 API 的内部原理与实现逻辑。

---

1. Cesium绘制线的核心API

Cesium 提供了丰富的 API 来绘制线。以下是几个关键的类和方法：

1.1 Entity 类

Entity 是 Cesium 中的基本构建块，用于表示场景中的对象。要绘制一条线，可以使用 Entity 的 polyline 属性。

const entity = viewer.entities.add({polyline: {// 配置线的属性}
});

1.2 Polyline 类

Polyline 是 Entity 的一个属性，用于定义线的几何和外观。以下是 Polyline 的一些常用属性：

• positions: 线的顶点坐标，使用 Cartesian3 或 Cartesian2 表示。
• width: 线的宽度。
• material: 线的材质，支持颜色、图像等。
• arcType: 指定线是大圆弧（ArcType.GREAT_CIRCLE）还是恒定方位角弧（ArcType.RHUMB_LINE）。
• loop: 是否闭合线。

1.3 PolylineCollection 类

PolylineCollection 是一个用于管理大量线的容器。它适用于需要绘制大量线的场景，可以提高性能。

const polylineCollection = new Cesium.PolylineCollection();
viewer.scene.primitives.add(polylineCollection);

1.4 Primitive 和 Pipeline

Cesium 使用 Primitive 来表示几何图形，Pipeline 则用于生成顶点缓冲区和索引缓冲区。了解这些类有助于理解 Polyline 的内部实现。

1.5 Material 和 DataSource

Material 用于定义线的外观，支持颜色、图像等多种形式。DataSource 则用于从外部数据源加载线的数据。

---

2. Cesium绘制线的实际应用

2.1 创建一条简单的线

以下代码演示如何在 Cesium 中创建一条简单的线：

// 创建一个 Cesium 视图
const viewer = new Cesium.Viewer('cesiumContainer');// 添加一条线
const entity = viewer.entities.add({polyline: {positions: Cesium.Cartesian3.fromDegreesArray([116.4074, 39.9040,  // 北京121.4737, 31.2304   // 上海]),width: 2,material: new Cesium.ColorMaterialProperty(Cesium.Color.RED)}
});// 设置相机视角
viewer.camera.flyTo({destination: Cesium.Cartesian3.fromDegrees(118.8062, 32.0401, 1000000)
});

2.2 动态更新线

可以通过修改 Entity 的属性来动态更新线的外观：

// 改变线的颜色
entity.polyline.material = new Cesium.ColorMaterialProperty(Cesium.Color.BLUE);// 添加更多顶点
const positions = entity.polyline.positions.getValue();
positions.push(Cesium.Cartesian3.fromDegrees(104.0654, 30.6700)); // 重庆
entity.polyline.positions.setValue(positions);

2.3 结合地形绘制线

Cesium 支持将线绘制在地形表面。以下代码演示如何实现这一点：

const entity = viewer.entities.add({polyline: {positions: Cesium.Cartesian3.fromDegreesArray([116.4074, 39.9040,121.4737, 31.2304]),width: 2,material: Cesium.Color.RED,followSurface: true}
});

2.4 绘制三维空间中的线

Cesium 支持在三维空间中绘制线，可以指定高度和倾斜角度。

const entity = viewer.entities.add({polyline: {positions: Cesium.Cartesian3.fromDegreesArrayHeights([116.4074, 39.9040, 1000,121.4737, 31.2304, 2000]),width: 2,material: Cesium.Color.BLUE}
});

---

3. Cesium绘制线的高级技巧

3.1 使用 PolylineCollection 管理大量线

当需要绘制大量线时，PolylineCollection 是一个更好的选择。它支持批量操作，性能更高。

const polylineCollection = new Cesium.PolylineCollection();// 添加多条线
polylineCollection.add({positions: Cesium.Cartesian3.fromDegreesArray([116.4074, 39.9040,121.4737, 31.2304]),width: 2,material: Cesium.Color.RED
});polylineCollection.add({positions: Cesium.Cartesian3.fromDegreesArray([121.4737, 31.2304,104.0654, 30.6700]),width: 2,material: Cesium.Color.BLUE
});viewer.scene.primitives.add(polylineCollection);

3.2 绘制动态线

可以通过定时器动态更新线的顶点，实现动态效果：

const entity = viewer.entities.add({polyline: {positions: Cesium.Cartesian3.fromDegreesArray([116.4074, 39.9040]),width: 2,material: Cesium.Color.RED}
});let positions = entity.polyline.positions.getValue();
setInterval(() => {const randomLon = 116 + Math.random() * 10;const randomLat = 39 + Math.random() * 10;positions.push(Cesium.Cartesian3.fromDegrees(randomLon, randomLat));entity.polyline.positions.setValue(positions);
}, 1000);

3.3 结合 3D Tiles 进行可视化

Cesium 支持将线与 3D Tiles 数据结合，实现更复杂的可视化效果。例如，可以在 3D 建筑物上绘制路径。

// 添加 3D Tiles 数据
const tileset = viewer.scene.primitives.add(new Cesium.Tileset({url: 'path/to/tileset.json'})
);// 在建筑物上绘制路径
const entity = viewer.entities.add({polyline: {positions: Cesium.Cartesian3.fromDegreesArray([116.4074, 39.9040,116.4074, 39.9040,116.4074, 39.9040]),width: 2,material: Cesium.Color.RED}
});

3.4 使用高级材质

Cesium 支持使用高级材质，如渐变颜色、纹理映射等，来增强线的视觉效果。

const entity = viewer.entities.add({polyline: {positions: Cesium.Cartesian3.fromDegreesArray([116.4074, 39.9040,121.4737, 31.2304]),width: 2,material: new Cesium.StripMaterialProperty({colors: [Cesium.Color.RED,Cesium.Color.BLUE]})}
});

3.5 交互式线绘制

Cesium 支持交互式线绘制，用户可以通过鼠标点击或拖拽来绘制线。

const handler = new Cesium.ScreenSpaceEventHandler(viewer.scene.canvas);handler.setInputAction(function(movement) {const position = viewer.scene.pickPosition(movement.endPosition);if (position) {positions.push(position);entity.polyline.positions.setValue(positions);}
}, Cesium.ScreenSpaceEventType.MOUSE_MOVE);

---

4. Cesium绘制线的内部原理与优化

4.1 Polyline 的内部实现

Polyline 的核心实现依赖于 Primitive 和 Pipeline。以下是其实现逻辑的简要分析：

1. 顶点生成：Polyline 会根据 positions 生成顶点缓冲区。每个顶点包含位置、法线和纹理坐标。
2. 索引生成：Polyline 会生成索引缓冲区，用于定义线段的连接方式。
3. 材质与着色器：Polyline 使用 Material 来定义外观，并通过着色器进行渲染。

以下是 Polyline 的部分源码逻辑：

// 生成顶点缓冲区
const vertexBuffer = Pipeline.createVertexBuffer({context: context,attributes: attributes
});// 生成索引缓冲区
const indexBuffer = Pipeline.createIndexBuffer({context: context,indices: indices
});// 创建 Primitive
const primitive = new Primitive({vertexBuffer: vertexBuffer,indexBuffer: indexBuffer,appearance: new Appearance({material: material,vertexShaderSource: vertexShaderSource,fragmentShaderSource: fragmentShaderSource})
});

4.2 PolylineCollection 的性能优化

PolylineCollection 通过批量处理顶点和索引，减少了绘制调用次数，从而提高了性能。以下是其实现逻辑的简要分析：

1. 批量顶点生成：PolylineCollection 将所有线的顶点合并到一个顶点缓冲区中。
2. 批量索引生成：PolylineCollection 将所有线的索引合并到一个索引缓冲区中。
3. 统一渲染：PolylineCollection 使用一个 Primitive 来渲染所有线，减少了绘制调用次数。

4.3 Cesium的渲染优化策略

Cesium 采用了多种优化策略来提高性能，包括：

• 缓存机制：Cesium 会缓存已生成的顶点和索引，避免重复计算。
• 层次化剔除：Cesium 使用层次化剔除算法，减少不必要的渲染。
• GPU加速：Cesium 充分利用 GPU 的并行计算能力，提高渲染效率。

4.4 自定义着色器与高级效果

Cesium 支持自定义着色器，可以实现更复杂的视觉效果，如光照、阴影和动画。

const vertexShaderSource = `attribute vec3 position;attribute vec3 normal;attribute vec2 texCoord;varying vec2 v_texCoord;void main() {v_texCoord = texCoord;gl_Position = czm_viewProjection * vec4(position, 1.0);}
`;const fragmentShaderSource = `varying vec2 v_texCoord;void main() {gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);}
`;const appearance = new Cesium.Appearance({material: material,vertexShaderSource: vertexShaderSource,fragmentShaderSource: fragmentShaderSource
});

---

5. 总结

Cesium 提供了丰富的 API 来绘制线，从简单的 Polyline 到复杂的 PolylineCollection，满足了不同场景的需求。通过理解这些 API 的内部实现逻辑，开发者可以更好地优化性能，实现更复杂的可视化效果。希望本文对你在 Cesium 中绘制线的技术实践有所帮助！

---

6. 参考文献与资源

• Cesium 官方文档
• Cesium GitHub 仓库
• Cesium 示例与教程