OpenLayers 6 通过在ol.source.ImageCanvas中获取VectorContext对象高效率绘制海量要素（支持点、线、面）

使用OpenLayers构建项目时，有时会遇到一些性能优化的问题，比如大量要素的绘制。OpenLayers为绘制海量的点要素提供了一些手段，比如版本6之前的ol.WebGLMap，6之后的ol.layer.WebGLPoints。但是当我们需要绘制海量的其他类型要素（LineString、Polygon）时，貌似没有比较合适的方案。

本文通过对VectorContext对象的研究和对源码的分析，实现了在ol.source.ImageCanvas中获得VectorContext对象，并使用VectorContext高效绘制海量LineString。

本文的方式只能在node编程环境中使用，因为OpenLayers官方没有将ol.format等工具类的接口在ol.js中暴露出来，无法引用。

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本文分析部分较长，只需要代码的请直拉到底。最后的Demo随机生成了10万条三个顶点的折线，绘制在地图上，渲染的时间大约需要1.3s，如果采用ol.source.Vector和ol.layer.Vector效率则低得多。

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问题：

有关canvasFunction：OpenLayers为了方便使用canvas API在地图上绘制图形，提供了一个ol.source.ImageCanvas类型的source，在这个source的canvasFunction属性定义的函数中，可以在canvas上实时绘制图形，通过返回这个canvas作为source的数据，并使用ol.layer.Image类的对象，将这个canvas作为一个地图的图层渲染到地图上。

上图是对这个 canvasFunction的描述。之前的博文《OpenLayers 5 使用turf.js渲染克里金插值计算的等值面》中提到的Trojx同学的方案就是用了这个东西来渲染克里金插值的结果。

canvasFunction的缺点就是需要根据extent, resolution, pixelRatio, size, projection这几个参数自己来进行绘制坐标的计算，略麻烦。因为是在canvas上绘图，坐标系统只能使用屏幕坐标，所以如果绘制海量要素的话，坐标转换工作的量非常大，而且还有个很大的问题——处理不了视图旋转。

于是想到了——能不能在ImageCanvas中使用VectorContext呢？

分析：

• 首先去看一下源码中VectorContext有关的代码，针对render事件(prerender、postrender)，通过ol.render.getVectorContext(event)可以获取一个VectorContext的句柄，那么就看一下这里需要哪些东西来取得这个句柄，定位到源码：
  
  可以看到，最终使用的是一个CanvasImmediateRenderer的构造函数来生产的这个对象，需要的参数有：
  
  其中context可以通过canvas计算得到, pixelRatio, extent都已经有了，需要计算的是transform,rotation, squaredTolerance, userTransform这几个参数。
• transform：可以通过分析源码，利用ol的内部类型transform来实现；
  首先看它的计算，是由一个transform组件中的multiply函数将两个transform：inversePixelTransform和coordinateToPixelTransform相乘得到的。
  
  inversePixelTransform由pixelTransform进行makeInverse运算得到；
  pixelTransform由原始的transform进行坐标映射得到；
  coordinateToPixelTransform由原始的transform进行坐标映射得到；
  
  通过ol.transform的源码可以知道，实现坐标映射的API叫做composeTransform，于是可以在源码里搜索调用这个API的地方，发现与我们目标相关联的有以下两个地方：
  ol/renderer/canvas/ImageLayer.js 中：
  
  ol/renderer/Map.js 中：
  
  所以这个问题就可以得到解决了。
• rotation：可以通过当前视图的rotation属性获取；
• squaredTolerance, userTransform：可以通过resolution, pixelRatio, projection这三个参数计算获得；

 解决方案：

实现一个全局函数，传入canvas以及canvasFunction的几个参数，返回一个VectorContext对象(函数中有对全局对象map的调用，如想移植，可以增加一个参数view用作计算)

代码如下：

function getCanvasVectorContext(canvas, extent, resolution, pixelRatio, size, projection) {
    canvas.width = size[0] * pixelRatio;
    canvas.height = size[1] * pixelRatio;
    let width = Math.round(size[0] * pixelRatio);
    let height = Math.round(size[1] * pixelRatio);
    let context = canvas.getContext('2d');
    
    let coordinateToPixelTransform = createTransform();
    let pixelTransform = createTransform();
    let inversePixelTransform = createTransform();

    let rotation = map.getView().getRotation();
    let center = map.getView().getCenter();
    composeTransform(coordinateToPixelTransform,
        size[0] / 2, size[1] / 2,
        1 / resolution, -1 / resolution,
        -rotation,
        -center[0], -center[1]);
    composeTransform(pixelTransform,
        size[0] / 2, size[1] / 2,
        1 / pixelRatio, 1 / pixelRatio,
        rotation,
        -width / 2, -height / 2
    );
    makeInverse(inversePixelTransform, pixelTransform);
    const transform = multiplyTransform(inversePixelTransform.slice(), coordinateToPixelTransform);
    const squaredTolerance = getSquaredTolerance(resolution, pixelRatio);
    let userTransform;
    const userProjection = getUserProjection();
    if (userProjection) {
        userTransform = getTransformFromProjections(userProjection, projection);
    }
    return new CanvasImmediateRenderer(
        context, pixelRatio, extent, transform,
        rotation, squaredTolerance, userTransform);
}

之后在ImageCanvas中就可以调用这个函数获得VectorCanvas的句柄， 就可以像在render事件回调函数中一样绘制要素了，不需要手动进行坐标转换：

var canvas = document.createElement('canvas');
var canvasLayer = new ImageLayer({
    source: new ImageCanvasSource({
        canvasFunction: (extent, resolution, pixelRatio, size, projection) => {
            var vc = getCanvasVectorContext(canvas, extent, resolution, pixelRatio, size, projection)
            //使用VectorContext对象绘制要素数组
            randomFeatures.forEach(item => {
                vc.drawFeature(item, lineStyle)
            })
            console.log(new Date().getTime());
            return canvas;
        },
        projection: 'EPSG:4326'
    })
})

 

全部Demo源码：

import { Map, View } from 'ol';
import TileLayer from 'ol/layer/Tile';
import OSM from 'ol/source/OSM';
import LineString from 'ol/geom/LineString';
import ImageLayer from 'ol/layer/Image';
import ImageCanvasSource from 'ol/source/ImageCanvas';
import VectorSource from 'ol/source/Vector';
import VectorLayer from 'ol/layer/Vector';
import Feature from 'ol/Feature';
import Style from 'ol/style/Style';
import Stroke from 'ol/style/Stroke';

import {
    create as createTransform,
    multiply as multiplyTransform,
    compose as composeTransform,
    makeInverse
} from 'ol/transform';
import CanvasImmediateRenderer from 'ol/render/canvas/Immediate';
import { getSquaredTolerance } from 'ol/renderer/vector';
import { getUserProjection, getTransformFromProjections } from 'ol/proj';

var layer = new VectorLayer({
    source: new VectorSource()
})

var tile = new TileLayer({
    source: new OSM()
})
var map = new Map({
    layers: [tile

    ],
    target: 'map',
    view: new View({
        projection: 'EPSG:4326',
        center: [104, 30],
        zoom: 1
    })
});

var randomFeatures = [];
for (var i = 0; i < 100000; i++) {
    var anchor = new Feature({
        geometry: new LineString([[Math.random()*180, Math.random()*160-80], [Math.random()*180, Math.random()*160-80], [Math.random()*180, Math.random()*160-80]])
    });
    randomFeatures.push(anchor)
}

console.log(new Date().getTime());


var lineStyle = new Style({
    stroke: new Stroke({
        color: [255, 0, 0, 0.5],
        width: 0.1
    })
});


function getCanvasVectorContext(canvas, extent, resolution, pixelRatio, size, projection) {
    canvas.width = size[0] * pixelRatio;
    canvas.height = size[1] * pixelRatio;
    let width = Math.round(size[0] * pixelRatio);
    let height = Math.round(size[1] * pixelRatio);
    let context = canvas.getContext('2d');

    let coordinateToPixelTransform = createTransform();
    let pixelTransform = createTransform();
    let inversePixelTransform = createTransform();

    let rotation = map.getView().getRotation();
    let center = map.getView().getCenter();
    composeTransform(coordinateToPixelTransform,
        size[0] / 2, size[1] / 2,
        1 / resolution, -1 / resolution,
        -rotation,
        -center[0], -center[1]);
    composeTransform(pixelTransform,
        size[0] / 2, size[1] / 2,
        1 / pixelRatio, 1 / pixelRatio,
        rotation,
        -width / 2, -height / 2
    );
    makeInverse(inversePixelTransform, pixelTransform);
    const transform = multiplyTransform(inversePixelTransform.slice(), coordinateToPixelTransform);
    const squaredTolerance = getSquaredTolerance(resolution, pixelRatio);
    let userTransform;
    const userProjection = getUserProjection();
    if (userProjection) {
        userTransform = getTransformFromProjections(userProjection, projection);
    }
    return new CanvasImmediateRenderer(
        context, pixelRatio, extent, transform,
        rotation, squaredTolerance, userTransform);
}

var canvas = document.createElement('canvas');
var canvasLayer = new ImageLayer({
    source: new ImageCanvasSource({
        canvasFunction: (extent, resolution, pixelRatio, size, projection) => {
            var vc = getCanvasVectorContext(canvas, extent, resolution, pixelRatio, size, projection)
            randomFeatures.forEach(item => {
                vc.drawFeature(item, lineStyle)
            })
            console.log(new Date().getTime());
            return canvas;
        },
        projection: 'EPSG:4326'
    })
})
map.addLayer(canvasLayer);

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