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一、引言

Cesium 是一个强大的开源 JavaScript 库，用于创建基于 Web 的 3D 地理信息系统 (GIS) 应用程序。它提供了丰富的 API，可以实现各种复杂的地理可视化效果，包括地形渲染、建筑物建模、矢量数据显示等。本文将详细介绍如何使用 Cesium 实现 3D 地图中的水面效果，包括水面材质的配置、动画效果的实现以及性能优化。

二、Cesium 基础与水面效果原理

2.1 Cesium 基础概念

• Viewer：Cesium 的核心组件，负责管理整个地图视图和交互
• Primitive：Cesium 中渲染的基本单位，用于组织和渲染几何图形
• Geometry：定义几何形状，如点、线、面等
• Appearance：定义几何图形的外观，包括材质和着色方式
• Material：定义物体表面的视觉特性，如颜色、光泽等

2.2 水面效果原理

Cesium 中的水面效果主要通过以下技术实现：

• 使用PolygonGeometry创建水面区域
• 应用内置的 "Water" 材质模拟水面反射和折射
• 通过法线贴图和动画参数实现水面波浪效果
• 调整频率、振幅和速度参数控制波浪形态和流动效果

三、实现 3D 地图水面效果的代码解析

下面是实现 Cesium 3D 地图水面效果的核心代码：

<template><div id="cesiumContainer" style="width: 100%; height: 100vh"></div>
</template><script>
import initMap from '@/config/initMap.js';
import { mapConfig } from '@/config/mapConfig';
export default {data() {return {viewer: null,waterEntity: null,};},mounted() {// 初始化地图并设置初始视图this.viewer = initMap(mapConfig.gaode.url3, true);this.drawWater();this.viewer.scene.globe.depthTestAgainstTerrain = false;this.viewer.camera.setView({destination: Cesium.Cartesian3.fromDegrees(118.006, 39.7128, 150000),});},methods: {// 创建水面效果drawWater() {this.viewer.scene.primitives.add(new Cesium.Primitive({geometryInstances: new Cesium.GeometryInstance({geometry: new Cesium.PolygonGeometry({polygonHierarchy: new Cesium.PolygonHierarchy(Cesium.Cartesian3.fromDegreesArray([// 定义水面多边形的顶点坐标117.18714141845703, 39.377288818359375,117.172721862792957, 39.345016479492188,117.18164825439453, 39.303817749023438,117.25855255126953, 39.2962646484375,117.25855255126953, 39.366302490234375,117.18714141845703, 39.377288818359375,])),vertexFormat: Cesium.EllipsoidSurfaceAppearance.VERTEX_FORMAT,}),}),appearance: new Cesium.EllipsoidSurfaceAppearance({aboveGround: true,material: new Cesium.Material({fabric: {type: 'Water',uniforms: {normalMap: Cesium.buildModuleUrl('Assets/Textures/waterNormals.jpg'),frequency: 1000.0,animationSpeed: 0.01,amplitude: 10,},},}),}),show: true,}));},// 设置初始视角setInitialView() {const center = Cesium.Cartesian3.fromDegrees(116.39, 39.9, 1000);const heading = Cesium.Math.toRadians(1110);const pitch = Cesium.Math.toRadians(-20);this.viewer.camera.setView({destination: center,orientation: {heading: heading,pitch: pitch,roll: 0,},});},},beforeDestroy() {// 清理资源，防止内存泄漏if (this.waterEntity) {this.viewer.entities.remove(this.waterEntity);}if (this.viewer) {this.viewer.destroy();}},
};
</script><style lang="scss" scoped>
#cesiumContainer {width: 100%;height: 100vh;touch-action: none;
}
</style>

3.1 代码关键部分解析

3.1.1 初始化与地图设置

mounted() {// 初始化地图，使用高德地图3D服务this.viewer = initMap(mapConfig.gaode.url3, true);this.drawWater(); // 绘制水面// 设置地形深度测试，影响水面与地形的交互this.viewer.scene.globe.depthTestAgainstTerrain = false;// 设置初始相机位置和高度this.viewer.camera.setView({destination: Cesium.Cartesian3.fromDegrees(118.006, 39.7128, 150000),});
},

3.1.2 水面效果实现

drawWater() {this.viewer.scene.primitives.add(new Cesium.Primitive({geometryInstances: new Cesium.GeometryInstance({geometry: new Cesium.PolygonGeometry({// 定义水面多边形区域polygonHierarchy: new Cesium.PolygonHierarchy(Cesium.Cartesian3.fromDegreesArray([...])),vertexFormat: Cesium.EllipsoidSurfaceAppearance.VERTEX_FORMAT,}),}),appearance: new Cesium.EllipsoidSurfaceAppearance({aboveGround: true,material: new Cesium.Material({fabric: {type: 'Water', // 使用内置水面材质uniforms: {// 水面材质参数配置normalMap: Cesium.buildModuleUrl('Assets/Textures/waterNormals.jpg'),frequency: 1000.0, // 波浪频率animationSpeed: 0.01, // 波浪动画速度amplitude: 10, // 波浪振幅},},}),}),show: true,}));
},

3.1.3 资源清理

beforeDestroy() {// 组件销毁前清理Cesium资源if (this.waterEntity) {this.viewer.entities.remove(this.waterEntity);}if (this.viewer) {this.viewer.destroy(); // 释放查看器资源}
},

四、水面效果参数调优

Cesium 的水面效果通过多个参数控制，合理调整这些参数可以获得不同的水面效果：

4.1 主要参数说明

• normalMap：法线贴图，控制水面的波浪形态
• frequency：频率，控制波纹的紧密程度，值越大波纹越密集
• animationSpeed：动画速度，控制水面流动的速度
• amplitude：振幅，控制波浪的高度，值越大波浪越明显

4.2 参数调优建议

• 对于平静的湖泊，可以使用较低的 frequency (500-1000) 和 amplitude (5-10)
• 对于海洋效果，可以使用较高的 frequency (1500-2000) 和 amplitude (15-30)
• animationSpeed 通常在 0.005-0.02 之间调整，过大的值会使水面看起来不自然

五、性能优化与注意事项

5.1 性能优化

• 复杂的水面效果会影响性能，特别是在移动设备上
• 可以通过降低 frequency 和 amplitude 值来提高性能
• 对于大面积水域，可以考虑将水域分割成多个较小的区域

5.2 注意事项

• depthTestAgainstTerrain属性会影响水面与地形的交互，开启后可能导致水面在某些视角下不可见
• 确保在组件销毁时正确清理 Cesium 资源，避免内存泄漏
• 水面效果在不同的 Cesium 版本中可能有差异，建议查看对应版本的文档

六、总结

通过本文的介绍，我们了解了如何使用 Cesium 实现 3D 地图中的水面效果。主要步骤包括初始化地图、创建水面多边形、应用水面材质以及设置动画效果。通过调整材质参数，可以模拟不同类型的水体，从平静的湖泊到波涛汹涌的海洋。同时，我们也提到了性能优化和资源管理的重要性，这些都是开发高质量 Cesium 应用的关键因素。

希望本文对您理解和使用 Cesium 实现水面效果有所帮助，欢迎在评论区分享您的经验和问题。