Cesium之地形(1)

更新于2017/5/31

Cesium地形简介

Cesium支持多种地形格式和服务，Cesium的母公司AGI提供了两份免费使用的地形数据，一个叫“STK World Terrain”，它是高分辨率，基于mesh的地形数据（若Cesium提供的STK服务地址用不了，将其改成https://assets02.agi.com/stk-terrain/world）；另一个叫“PAMap Terrain”，处于美国宾夕法尼亚州的一处地形数据。

在Cesium中，地形和影像是不同处理的，默认是影像覆盖在地形上，任何的影像的provider都可以在任何的地形provider上使用。

Cesium的地形服务也包括地形光照以及水流。默认情况下，地形服务是不会将光照或者水流据随着地形瓦片一起发到前端的，当我们初始化CesiumTerrainProvider类的时候可以设置是否需要这些数据。

通过下面的方式可以添加地形光照和水流效果。

var terrainProvider = new Cesium.CesiumTerrainProvider({
    url : '//assets.agi.com/stk-terrain/world',
 requestVertexNormals: true});
viewer.terrainProvider = terrainProvider;
viewer.scene.globe.enableLighting = true;

水流效果：

随着时间的变化，海浪可以在太阳照射下显示高光效果。

Cesium的各种地形Provider

Cesium支持多种地形provider来接收地形数据，大多数provider使用rest类型的接口来请求地形瓦片。各种地形provider在请求方式和地形数据的组织上会有所不同。以下几种是Cesium支持的地形provider：

     Cesium Terrain Server——高分辨率的全球地形数据，支持地形光照和水流效果。地形瓦片提交给客户端的数据的格式用的是quantized-mesh v1.0。详情见Cesium里的CesiumTerrainProvider。

     Esri ArcGIS Image Server——从Esri影像服务里的高度图中产生地形数据集。详情见Cesium里的ArcGisImageServerTerrainProvider.

     VR-TheWorld Server——从一个VR-TheWorld服务里的高度图中产生地形数据。它们的托管服务器有全球90米的数据，包括深度测量。详情见Cesium里的VRTheWorldTerrainProvider.（这个没用过，不了解）

     Ellipsoid——是Cesium默认的地形provider，是一个光滑的椭球面，没有现实的地形，地形高度为0。

Heightmap格式介绍

     heightmap 1.0的规则格式是一种简单多分辨率四叉树，瓦片后缀为.terrain格式，一个高程数据集的瓦片url类似于：

http://cesiumjs.org/tilesets/terrain/smallterrain/{z}/{x}/{y}.terrain。可惜现在访问不到了，应该是Cesium将数据下撤了。

     cesium的这种高程数据集瓦片分割方式为第0级有两个瓦片，分别是：

（-180，-90）——>（0,90） 瓦片路径：http://cesiumjs.org/tilesets/terrain/smallterrain/0/0/0/terrain

（0，-90）——>（180,90） 瓦片路径：http://cesiumjs.org/tilesets/terrain/smallterrain/0/1/0/terrain

其他层瓦片按照规则以此类推。

     高程瓦片大小为65*65，这些瓦片都是经过gzip压缩的，解压之后，它们的大小至少为8452字节。文件内容是一个由北到南，从西到东的简单的16位的、小端、整型高度值的数组。前两个字节是瓦片第一行第一列像素的高度值，接下来两个字节是瓦片第一行第二列的像素的高度值.以此类推.....传输过来的数据总共是65*65*2=8450字节。8452-8450=2字节。这样的话还剩两个字节，这其中第一个字节是代表当前瓦片子瓦片的标识，第二个字节代表是否添加水流效果，0代表陆地，255就代表水，介于0到255的也被允许，那是为了支持海岸线抗锯齿效果。

     构造一个HeightmapTerrainData时，里面有个参数是structure对象，这里面描述了高程数据的结构，它包含的属性如下：

     heightScale:高度缩放倍数，默认1.0.

     heightOffset:高度偏移量，默认0.0.

     elementsPerHeight:  在缓冲区里组成一个单一高度样本的元素的数量。通常是1，表明每个元素都是一个独立的高度。如果大于1，这一数字的元素共同构成一个高度样本，这个是根据elementMultiplier和isBigEndian两个属性来计算的。

     stride:步长，从一个高度的第一个元素到下一个高度的第一个元素的跳过的数量。默认为1.

     elementMultiplier：当stride（步长）值大于1时elementMultiplier被用来计算高度值。例如，如果stride为4，elementMultiplier为256，那么高度就按如下计算：height=buffer[index]+buffer[index+1]*256+buffer[index+2]*256*256+buffer[index+3]*256*256*256。在这里是假设isBigEndian属性是false.如果设为true,元素顺序需要颠倒一下。默认值是256.0。

     isBigEndian:大小端设置。

     lowestEncodedHeight：这个最小值能够被存储到高度buffer里。在进行heightScale和heightOffset计算后的任意高度值如果小于该值，都会替换成此值。

     heighestEncodedHeight：同上，不过是最大值。

Cesium地形加载流程

     在Cesium中，支持STK和Small Terrain两种地形格式，这两种地形数据在接收后都会分别封装成QuantizedMeshTerrainData或HeightMapTerrainData，这两种地形文件的格式后缀都是.terrain。

     Cesium中有一个sampleTerrain类，这个类首先是通过请求一个地形provider获取的瓦片，经采样、插值后，得到一个位置的数组，通过这个数组来查询地形高度。插值在指定层级下会匹配渲染地形所需的三角形。这个请求是异步的，所以会返回一个promise，请求完成则进行解析。每一点的高度都会适当的修改。如果其中一个高度值是undefined，是因为当前层级此位置没有可用的地形数据，或者是发生错误，那么高度值会返回一个undefined。查询位置点的数据类型是Cartographic类型，提供的高度是依据椭球体Elipsoid.WGS84而不是基于海平面的高度.

利用ArcGisImageServerTerrainProvider加载：

     Cesium的瓦片加载机制是基于状态的，在GlobeSurfaceTile中的processStateMachine方法中会去判断请求瓦片的状态，当瓦片的状态为“LOADING”时，开始进入地形的处理机制processTerrainStateMachine方法，这一步主要将高程数据加载到瓦片上，如果没有数据没有加载的话，会先走TileTerrain类里面的requestTileGeometry方法来请求。

     在ArcGisImageServerTerrainProvider类里面，请求高程数据是根据一个矩形框范围来向后台查询的，比如在第0级，先通过sampleTerrain构建一个查询实例，通过doSampling方法来进行高度查询。

Cesium地形加载的一些注意事项

1.通过GeographicTillingScheme这个类里面的属性numberOfLevelZeroTilesX、numberOfLevelZeroTilesY可以设置行列规则。因为有的地形瓦片规则是第0级只有一张。