Cesium上建立风场动态粒子效果

初学
使用Canvas + NCEP数据创建动态风场效果
封装基于Cesium的canvas渲染风场API

• 集成npm插件
• https://www.npmjs.com/package/cesium-windy-canvas
• npm i cesium-windy-canvas -S
• github传送门
• gitee传送门
  
  windy.gif
• codesandbox.io效果代码段

甲、需要准备一个canvas与Cesium初始化后的图层

Cesium初始化后的图层详见:vue3.0+vite+Cesium使用记录

讲解过程

1、先初始化Cesium
2、提供NCEP风场数据
详见 cesium-windy-canvas/mock20万行风场数据,直接复制即可
3、在进行CanvasWindy初始化
CanvasWindy详见
cesium-windy-canvas
4、设置风场必要参数
5、非常简单的创建具有动态粒子效果的风场

  CanvasWindy(data, params);

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乙、设置Cesiumwindy参数params

参数名	参数解释	类型	默认值
viewer	Cesium初始化后赋值变量	Object	null
canvas	风场画布	DOM	null
canvasContext	canvas上下文	DOM	params.canvas.getContext('2d')
canvasWidth	画布宽度	Number	300
canvasHeight	画布高度	Number	180
speedRate	风前进速度	Number	100
extent	风场绘制地图范围	Array	[]
particlesNumber	粒子总数	Number	20000
maxAge	每个粒子的最大生存周期	Number	120
frameTime	每秒刷新次数	Number	100
lineWidth	粒子线条宽度	Number	1
initExtent	风场初始范围	Array	[]
calc_speedRate	根据speedRate参数计算经纬度步进长度	Array	[0, 0]
windField	风场网格	Object	null
particles	风场粒子存储	Array	[]
animateFrame	requestAnimationFrame事件句柄，用来清除操作	Object	null
isdistory	是否进行销毁	bool	false
windyColor	风场颜色集合(根据风速不同设置不同颜色)	class	new WindyColor()

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丙、初始化风场粒子

在初始化Cesiumwindy构造函数时,需要传入风场数据,以及相应的参数
执行构造函数时自动执行init()进行粒子创造

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丁、讲解根据风速设置不同粒子颜色

在初始化粒子中有一个画线的操作,在画线过程中进行颜色赋值
在使用this.particles对所有粒子遍历进行画轨迹操作

创建粒子

/// randomParticle生成随机粒子
/// CanvasParticle() 粒子参数
this.particles.push(this.randomParticle(new CanvasParticle()));

CanvasParticle参数解析

参数名	参数解释	类型	默认值
lng	粒子初始经度	度	null
lat	粒子初始纬度	度	null
tlng	粒子下一步将要移动的经度，这个需要计算得来	度	null
tlat	粒子下一步将要移动的y纬度，这个需要计算得来	度	null
x	粒子初始x位置	Number	null
y	粒子初始y位置	Number	null
age	粒子生命周期计时器，每次-1	Number	null
speed	粒子移动速度	Number	null
color	粒子颜色	String	null

给粒子赋值颜色

1、在生成随机粒子时根据风速计算不同颜色
this.windyColor.getWindColor(particle.speed)
详细见Cesiumwindy源码第333行
2、画粒子轨迹线时进行画布粒子颜色添加
this.canvasContext.strokeStyle = particle.color
this.canvasContext.stroke();
详见Cesiumwindy源码第244行

戊、至此风场粒子效果已经完成后续操作注意如下

1、粒子效果完成之后不会随着地图缩放变换，需要在操作之后重新进行渲染
（1）、电脑屏幕缩放
需要进行onresize监听

window.onresize = resizeCanvas;
const resizeCanvas = () => {
/// windycanvas = document.getElementById('windycanvas') 画布
  if (windycanvas == null) return;
  windycanvas.width = window.innerWidth;
  windycanvas.height = cesiumRef.value?.clientHeight;
  if (windy) {
  // 重新设置画布大小
    // eslint-disable-next-line no-underscore-dangle
    windy._resize(windycanvas.width, windycanvas.height);
  }
};

(2)、地图缩放
地图缩放时需要对鼠标事件，滚轮事件进行监听
参考vue3.0+vite+Cesium使用记录中监听viewer操作事件讲解
伪代码

handler = new Cesium.ScreenSpaceEventHandler(viewer.scene.canvas);
  // 鼠标滚动、旋转后是否需要重新生成风场---如果需要，打开以下注释--旋转或者移动到北半球的时候计算会有问题
  handler.setInputAction(() => {
    clearTimeout(refreshTimer);
   ...设置风场隐藏
    refreshTimer = setTimeout(() => {
      if (windy) {
        windy.extent = ...获取当前三维窗口左上、右上、左下、右下坐标集合;
        windy.redraw();
      }
      
     ...设置风场显示
    }, 200);
  }, Cesium.ScreenSpaceEventType.WHEEL);
  // 鼠标左键、右键按下
  handler.setInputAction(() => {
    mouseDown = true;
  }, Cesium.ScreenSpaceEventType.LEFT_DOWN);
  handler.setInputAction(() => {
    mouseDown = true;
  }, Cesium.ScreenSpaceEventType.RIGHT_DOWN);
  // 鼠标移动
  handler.setInputAction(() => {
    if (mouseDown) {
     ...设置风场隐藏
      mouseMove = true;
    }
  }, Cesium.ScreenSpaceEventType.MOUSE_MOVE);
  // 鼠标左键、右键抬起
  handler.setInputAction(() => {
    if (mouseDown && mouseMove) {
      if (windy) {
        windy.extent = globalExtent;
        windy.redraw();
      }
    }
    ...设置风场显示
    mouseDown = false;
    mouseMove = false;
  }, Cesium.ScreenSpaceEventType.LEFT_UP);
  handler.setInputAction(() => {
    if (mouseDown && mouseMove) {
      if (windy) {
        windy.extent = globalExtent;
        windy.redraw();
      }
     
    }
    ...设置风场显示
    mouseDown = false;
    mouseMove = false;
  }, Cesium.ScreenSpaceEventType.RIGHT_UP);

解释:
...设置风场显示:在鼠标操作以及滚轮操作后将渲染后的风场重新进行展示,属于display操作
...设置风场隐藏:在鼠标操作以及滚轮操作时将画布进行隐藏

(3)、监听当前地球操作,时刻计算窗口坐标进行globalExtent赋值

viewer.scene.postRender.addEventListener(() => {
    getCesiumExtent();
});

// 获取当前三维窗口左上、右上、左下、右下坐标
const getCesiumExtent = () => {
  const canvaswidth = window.innerWidth;
  const canvasheight = cesiumRef.value?.clientHeight || 0 - 50;
  // eslint-disable-next-line camelcase
  const left_top_pt = new Cesium.Cartesian2(0, 0);
  // eslint-disable-next-line camelcase
  const left_bottom_pt = new Cesium.Cartesian2(0, canvasheight);
  // eslint-disable-next-line camelcase
  const right_top_pt = new Cesium.Cartesian2(canvaswidth, 0);
  // eslint-disable-next-line camelcase
  const right_bottom_pt = new Cesium.Cartesian2(canvaswidth, canvasheight);
  const pick1 = viewer.scene.globe.pick(viewer.camera.getPickRay(left_top_pt), viewer.scene);
  const pick2 = viewer.scene.globe.pick(viewer.camera.getPickRay(left_bottom_pt), viewer.scene);
  const pick3 = viewer.scene.globe.pick(viewer.camera.getPickRay(right_top_pt), viewer.scene);
  const pick4 = viewer.scene.globe.pick(viewer.camera.getPickRay(right_bottom_pt), viewer.scene);
  if (pick1 && pick2 && pick3 && pick4) {
    // 将三维坐标转成地理坐标---只需计算左下右上的坐标即可
    const geoPt1 = viewer.scene.globe.ellipsoid.cartesianToCartographic(pick2);
    const geoPt2 = viewer.scene.globe.ellipsoid.cartesianToCartographic(pick3);
    // 地理坐标转换为经纬度坐标
    const point1 = [(geoPt1.longitude / Math.PI) * 180, (geoPt1.latitude / Math.PI) * 180];
    const point2 = [(geoPt2.longitude / Math.PI) * 180, (geoPt2.latitude / Math.PI) * 180];
    // console.log(point1,point2);
    // 此时说明extent需要分为东西半球
    if (point1[0] > point2[0]) {
      globalExtent = [point1[0], 180, point1[1], point2[1], -180, point2[0], point1[1], point2[1]];
    } else {
      globalExtent = [point1[0], point2[0], point1[1], point2[1]];
    }
  } else {
    globalExtent = [];
  }
};

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己、相关文档

1. vue3.0+vite+Cesium使用记录
2. cesium-windy-canvas源码
3. cesium轨迹讲解