WebGIS开发的常见框架及优缺点

WebGIS开发引擎的发展历程：

内容来自公众号：Spatial Data

地图API分类

WebGIS系统通常都围绕地图进行内容表达，但并不是有地图就一定是WebGIS，所以下面要讨论下基于Web的地图API分类及应用场景。Web上的Map API主要分类：

01 Charts可视化图表

主要负责可视化功能，以D3.js，Echarts等为代表。我们常见的WebGIS开发地图周围有一些可视化的图标，就是通过这些可视化图表实现的。

02 LBS地图开放平台

LBS就是Location Based Service，指的是通过电信移动运营商的网络(如GSM网、CDMA网)获取移动终端用户的位置信息(经纬度坐标)，在电子地图平台的支持下，为用户提供相应服务的一种增值业务。

LBS技术已经成为移动互联网不可或缺的基础能力，但对于大部分开发者来说，自建LBS能力的门槛很高——需要具备地图测绘资质，拥有足够的地图数据采集和后端云数据处理能力。国内的LBS以高德/谷歌/百度/天地图等为代表。

03 WebGIS商业API

这类也是工作中比较常见的，例如ESRI的ArcGIS API For JS，超图的IClient，中地数码的MapGIS Client for JS，都属于商业API。

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Google Maps、ESRI、国内的超图、中地等公司都创建了企业级数据和 API，但是通常使用软件、库、包，这些通常需要购买才能使用。这些库的优点是这些库是由专门的开发人员创建的，因此这些库非常稳定并且有据可查。而且是安全且可扩展的，因此成为大公司的优先选择。他们的缺点是成本很高，特别是一家初创公司或小公司，与其他成本相比，光使用企业API，成本就已经非常高了。除此之外，开发人员需要依赖公司发布新功能，因为它的源代码不共享。

04 WebGIS开源API:

今天要讨论的重点来了，开源框架是目前使用最多最广泛的，比较出名的就有Leaflet，OpenLayers，Cesium，MapboxGL等。开源API最大的优势就是免费，并且可以根据任何商业或非商业应用程序的需要，更改源代码，以实现需要的功能，使其成为您自己的产品并进行售卖。所以很多小型初创公司，或者预算不多的公司，都选择使用开源项目，这样的库、包和软件也存在于GIS领域。他们的缺点是由于这些都是基于社区的，所以并没有专门的技术支持。通常为了构建这样的产品，开发人员使用现有的开源产品，因此，当一旦涉及到新版本发布时，工作就会变得复杂。开源和企业API对比如下图所示：

下面主要介绍几款开源API和他们的优缺点。

1. LeafLet

Leaflet是一个轻量级二维开源JavaScript地图数据库。

Canvas渲染机制，仅支持二维表达，地图坐标系墨卡托投影，不支持球，特点是入手简单，缺陷是不支持webgl渲染性能有瓶颈，适用于轻量级简单地理信息主题可视化。

WebGIS开发需要重点学习JS的核心概念，使用Leaflet JavaScript构建基于地图的应用程序，并将学习的内容放到实际应用。当然，学习JS的前提是先掌握Web前端编程的内容，否则会很乱。

2. Openlayers

Openlayers也是一个开源二维地图数据库，支持canvas和webgl两种方式渲染地图，默认采用的是canvas。仅支持二维表达，不限制坐标系，不支持球。

OpenLayers的存在也是为了方便进一步利用各种地理信息进行开发，可以显示从任何源加载的地图分幅、矢量数据和标记，它将动态地图放置到网页中，适合传统webGIS开发。

目前企业不满足于Openlayers的二维功能，更青睐三维地图引擎。

也就是我们下面要重点讨论的。

3. Mapbox

Mapbox是一款二三维结合的开源地图数据库，mapbox和cesium相比更美观，与openlayers相比支持三维。

Mapbox是二三维一体化，墨卡托坐标系，明星数据格式是矢量切片，特点是最具美感的专题地图，适用于互联网场景复杂地理信息表达，内网追求地图可视化效果的也适用，Mapbox很多优化都是基于互联网场景的。

Mapbox类似于一个leaflet的加强版，它专注于Mobile与Web应用的地图体验，有自己定义的地图样式、地图业务，该公司也创建开源了很多的开源工具，同时也专注于Web GL方向，比如Mapbox GL在3D GIS渲染上效果很好。

新中地学员作品

Mapbox能做什么：

• 能通过各种投影系进行地图瓦片的投影。

• 支持在地图瓦片上叠加各种图层，支持 geojson、图片、文本 等多种信息在图层上进行加载显示。

• 支持自定义 Style （矢量瓦片）

• 支持 2.5D 视角旋转及显示

• 支持加载 3D 模型

• 支持通过 DOM 的方式添加 HTML 元素

• 支持 web-gl 能力进行图形渲染

• 支持进行 3D 形式的球星地理渲染和星空背景渲染

尤其是其 "2.5D 视角旋转及显示"、"加载 3D 模型" 这两点，是非常亮眼的，相比于 OpenLayers 和 Leaflet 这两款竞品，这也是它最为吸引人的地方所在。

4. Cesium

Cesium是一个三维可视化地图库，WebGL渲染机制。它支持2D\2.5D\3D形式的地图展示；可以绘制各种几何图形、高亮区域，支持导入图片，甚至3D模型等多种数据可视化展示；还可用于动态数据可视化并提供良好的触摸支持，支持绝大多数的浏览器和mobile端。

此外，Cesium还支持基于时间轴的动态数据展示cesium二三维一体化，经纬度坐标系，支持球。

cesium的明星数据格式是3DTiles，特点是唯一开源的WebGIS三维引擎，缺陷是卡，体验差，地图丑。

可能是为了支持球，所有的平面瓦片都要进行纹理转换贴球，计算量偏大，最新的矢量切片也是变成图片再纹理转换到球上，栅格化严重一点都不精美，可以说为了球，牺牲了太多性能和地图美观度，适用于Web强三维应用场景。

Cesium城市建筑规划

Cesium支持的数据格式：

• 影像数据：Bing、天地图、ArcGIS、OSM、WMTS、WMS等

• 地形数据：ArcGIS、谷歌、STK等

• 矢量数据：KML、KMZ、GeoJSON、TopoJSON、CZML

• 三维模型：GLTF、GLB（二进制glTF文件）

• 三维瓦片：3D Tiles（倾斜摄影、人工模型、 三维建筑物、CAD、BIM，点云数据等）

Cesium能做什么：

• 支持2D,2.5D,3D 形式的地理（地图）数据展示

• 可以绘制各种几何图形、高亮区域，支持导入图片，甚至三维模型等多种数据可视化展示

• 可用于动态数据可视化并提供良好的触摸支持，支持绝大多数的浏览器和移动端浏览器

• 支持基于时间轴的动态流式数据展示

在WebGIS 3D领域，比较有争议性的是cesium与mapboxgl。简单来说，两者都是二三维一体化的GIS引擎，但产品侧重点不同 ，Cesium追求的三维功能全面，Mapbox追求用户体验。

Cesium和Mapbox的优缺点

CesiumGL的优点>>

1）全局视图支持

Cesium支持三维地球视图模型，能够通过更改视角和位置在虚拟环境中自由移动，支持地球表面的不同视图。

2）纯3D

与Mapbox不同，Cesium是开箱即用的3D，允许多个角度旋转和可视化对象。

Cesium缺点>>

1）占内存

与Mapbox相比，Cesium的SDK大小相对较大，最新的Cesium.js版本大约79.4 MB。

2）加载慢

在7.2Mbps网速下，更新速度约为3秒或以上。

Mapbox优点>>

1）地图样式多

Mapbox提供了很多不同的地图样式，可以直接使用，也可以自定义样式。

2）加载速度快

Mapbox比Cesium更新地图更快，在稳定的7.2Mbps互联网连接下，加载时间不到2秒。

3）更精细的建筑信息

相比Cesium，Mapbox提供了对3D建筑信息的支持。

下图是Mapbox中3D建筑的一个例图，可以看到清楚地提供了周围建筑的信息，导航地图会更加容易。

下面是Cesium中类似3D建筑的示例。这里没有建筑信息，这会使导航地图变得更加复杂。

Mapbox缺点>>

1）使用复杂

Cesium使用3D开箱即用，Mapbox使用2.5D，使得使用其他第三方库（如Three.js）收集和组合多个3D对象时流程有点复杂。

2）3D功能较弱

相比于 Cesium，Mapbox无法支持“地下管网开挖”这种形式的页面展示；3D支持上能力比较弱。此外，mapbox账号注册十分麻烦。

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