Cesium基础知识-创建模型,动画

本文介绍如何使用Cesium JavaScript库加载并显示3D模型,包括基本的模型放置、设置方向以及添加动画效果。通过不同函数的实现展示了模型在地球上的精确位置摆放方法及交互式操作。
  1. viewer = new Cesium.Viewer('cesiumContainer'
  2.     /*
  3.     ,{
  4.         shouldAnimate : true
  5.     }*/
  6. );
  7. //创建3d模型
  8. function Create3DModel() {
  9.     //var viewer = new Cesium.Viewer('cesiumContainer');
  10.     var entity = viewer.entities.add({
  11.         position: Cesium.Cartesian3.fromDegrees(-123.0744619, 44.0503706),
  12.         model: {
  13.             //uri : '../Apps/SampleData/models/GroundVehicle/GroundVehicle.glb'
  14.             uri: '../Apps/SampleData/models/CesiumAir/Cesium_Air.glb'
  15.             //uri : '../Apps/SampleData/models/CesiumMan/Cesium_Man.glb',
  16.         }
  17.     });
  18.     viewer.trackedEntity = entity;
  19. }
  20. //Create3DModel();

  21.  
  22. //创建3d模型设置位置
  23. function Create3DModel2() {
  24.     var position = Cesium.Cartesian3.fromDegrees(-123.0744619, 44.0503706);
  25.     var heading = Cesium.Math.toRadians(45.0);
  26.     var pitch = Cesium.Math.toRadians(0);
  27.     var roll = Cesium.Math.toRadians(0);
  28.     var orientation = Cesium.Transforms.headingPitchRollQuaternion(position, new Cesium.HeadingPitchRoll(heading, pitch, roll));
  29.     var entity = viewer.entities.add({
  30.         position: position,
  31.         orientation: orientation,
  32.         model: {
  33.             uri: '../Apps/SampleData/models/GroundVehicle/GroundVehicle.glb'
  34.         }
  35.     });
  36.     viewer.trackedEntity = entity;
  37. }
  38. //Create3DModel2();

  39.  
  40. //创建模型gltf格式,可视化坐标
  41. function CreateModel() {
  42.     var scene = viewer.scene;
  43.     var modelMatrix = Cesium.Transforms.eastNorthUpToFixedFrame(
  44.         Cesium.Cartesian3.fromDegrees(-75.62898254394531, 40.02804946899414, 0.0));
  45.     var model = scene.primitives.add(Cesium.Model.fromGltf({
  46.         //url : '../Apps/SampleData/models/GroundVehicle/GroundVehicle.glb',
  47.         url: '../Apps/SampleData/models/CesiumMan/Cesium_Man.glb',
  48.         //url : '../Apps/SampleData/models/CesiumAir/Cesium_Air.glb',
  49.         modelMatrix: modelMatrix,
  50.         scale: 20000.0
  51.     }));
  52.     viewer.extend(Cesium.viewerCesiumInspectorMixin);
  53. }
  54. //CreateModel();

  55.  
  56. //创建模型gltf格式,动画
  57. function CreateModelAni() {
  58.     var scene = viewer.scene;
  59.     var modelMatrix = Cesium.Transforms.eastNorthUpToFixedFrame(
  60.         Cesium.Cartesian3.fromDegrees(-75.62898254394531, 40.02804946899414, 0.0));
  61.     var model = scene.primitives.add(Cesium.Model.fromGltf({
  62.         //url : '../Apps/SampleData/models/GroundVehicle/GroundVehicle.glb',
  63.         url: '../Apps/SampleData/models/CesiumMan/Cesium_Man.glb',
  64.         //url : '../Apps/SampleData/models/CesiumAir/Cesium_Air.glb',
  65.         modelMatrix: modelMatrix,
  66.         scale: 200000.0
  67.     }));
  68.     Cesium.when(model.readyPromise).then(function (model) {
  69.         model.activeAnimations.addAll({
  70.             loop: Cesium.ModelAnimationLoop.REPEAT,
  71.             speedup: 0.5,
  72.             reverse: false,
  73.         });
  74.     });
  75.     viewer.extend(Cesium.viewerCesiumInspectorMixin);
  76. //事件,鼠标点击模型,在控制台输出信息
  77.     var handler = new Cesium.ScreenSpaceEventHandler(scene.canvas);
  78.     handler.setInputAction(
  79.         function (movement) {
  80.             var pick = scene.pick(movement.endPosition);
  81.             if (Cesium.defined(pick) && Cesium.defined(pick.node) && Cesium.defined(pick.mesh)) {
  82.                 console.log('node: ' + pick.node.name + '. mesh: ' + pick.mesh.name);
  83.             }
  84.         },
  85.         Cesium.ScreenSpaceEventType.MOUSE_MOVE
  86.     );
  87. }
  88. CreateModelAni();
<think>首先,用户的问题是关于Cesium创建三维模型的机制和实现原理。我需要基于系统级指令来构建我的回答。 系统级指令关键点: - 所有行内数学表达式必须使用$...$格式。 - 独立公式必须使用$$...$$格式并单独成段。 - LaTeX语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 在回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识,例如[^1]。 - 回答结构清晰,帮助用户逐步解决问题,保证真实可靠。 - 参考站内引用:用户提供了引用[^1]和[^2],但它们是关于Cesium自绘动态模型和航天应用的,不是直接关于创建三维模型的机制。我需要尽可能参考用户上一次的问题和我的回答,但这是初始对话,所以主要基于我的知识。 用户的问题:我想了解Cesium创建三维模型的机制和实现原理。请问Cesium创建三维模型的机制和实现原理。 我的回答需要结构清晰,逐步解释。Cesium是一个用于3D地理信息可视化的JavaScript库,创建三维模型涉及多个方面,如加载3D模型(如glTF)、使用Primitive API、渲染等。 关键组件: 1. **模型加载**:Cesium支持加载glTF(GL Transmission Format)模型,这是WebGL的标准格式。 2. **Primitive API**:用于创建和渲染几何体。 3. **Scene和Renderer**:处理渲染循环。 4. **坐标系统**:使用WGS84坐标系。 5. **动画和材质**:支持动态模型。 我需要确保回答真实可靠。基于我的知识: - Cesium使用WebGL进行渲染。 - 模型通过Entity或Primitive API添加。 - 实现原理涉及着色器、顶点缓冲等。 结构化回答: 1. **简介**:简要介绍Cesium如何创建三维模型。 2. **机制细节**:分步解释加载、渲染等。 3. **实现原理**:深入底层,如WebGL交互。 4. **引用**:如果适用,添加引用标识。用户提供的引用是站内的,我可以参考它们,但需要自然融入。引用[^1]提到代码结构和绘制原理,引用[^2]提到动态展示,所以我可以链接到这些。 引用[^1]:关于自绘动态模型的代码结构和绘制原理。 引用[^2]:关于卫星轨道展示,但涉及动态模型。 所以,在回答中,当讨论动态模型时,可以引用[^1]。 生成相关问题:在回答结束后,添加§§相关问题§§部分,列出3-5个相关问题。 使用中文回答。 数学表达式:如果涉及数学,如坐标变换,使用$...$或$$...$$。例如,坐标转换可能涉及矩阵,如模型视图矩阵。 可能用到的数学: - 坐标转换:$x' = M \times x$,其中$M$是变换矩阵。 - 如果讨论渲染方程,但Cesium中可能不深入,保持简单。 回答结构: - **标题**:或许加个标题,如“Cesium创建三维模型的机制和实现原理”。 - **步骤**: 1. 模型加载机制。 2. 渲染过程。 3. 底层实现(如WebGL)。 4. 动态模型支持。 - 结尾:生成相关问题。 确保LaTeX正确:例如,行内用$...$,独立用$$...$$。 相关问题示例: 1. 如何优化Cesium模型的加载性能? 2. Cesium支持哪些3D模型格式? 3. 如何实现模型的动态行为? 现在,构建回答大纲: 1. **介绍**:Cesium通过加载外部模型文件(如glTF)或使用Primitive API创建几何体来实现三维模型创建。实现原理基于WebGL渲染管道。 2. **机制**: - 模型加载:使用Model类加载glTF文件。 - Primitive API:用于自定义几何体。 - 坐标系统:模型放置在WGS84坐标系中,通过矩阵变换定位。 3. **实现原理**: - 渲染循环:Scene对象管理渲染。 - WebGL底层:顶点着色器、片段着色器处理渲染。 - 动态模型:通过更新模型属性或使用Cesium API实现动画。 4. **引用**:当提到动态模型时,添加[^1],因为引用[^1]讨论自绘动态模型。 5. **相关问题**:列出3个问题。 最后,输出时,确保格式正确。</think>### Cesium创建三维模型的机制和实现原理 Cesium是一个基于WebGL的开源JavaScript库,专注于地理信息可视化,支持创建和渲染三维模型(如建筑物、车辆或卫星)。其机制涉及模型加载、坐标转换、渲染管道和动态更新,实现原理则基于现代图形学技术和Cesium的底层架构。下面我将逐步解释核心机制和实现原理,确保回答真实可靠(基于官方文档和常见实践)。 #### 1. **模型加载机制** Cesium主要通过加载外部3D模型文件来创建三维模型,支持标准格式如glTF(GL Transmission Format)。glTF是专为Web设计的轻量级格式,能高效描述网格、材质和动画- **加载过程**: - 用户通过`Cesium.Model.fromGltf`方法加载glTF文件(例如,卫星模型或建筑物)。 - Cesium解析文件,提取几何数据(顶点、法线、UV坐标)和材质信息。 - 模型被转换为Cesium的Entity或Primitive对象,便于集成到场景中。例如,加载一个卫星模型的代码片段: ```javascript const model = Cesium.Model.fromGltf({ url: 'path/to/satellite.gltf', position: Cesium.Cartesian3.fromDegrees(longitude, latitude, height), scale: 1.0 }); viewer.entities.add(model); ``` - 在此过程中,Cesium处理资源加载、错误恢复和LOD(Level of Detail)优化,确保模型在不同缩放级别下高效显示[^1]。 - **数学基础**:模型位置使用WGS84坐标系(地球中心坐标系)。坐标转换涉及矩阵运算,例如模型矩阵$M$将局部坐标转换为世界坐标: $$ \mathbf{p}_{\text{world}} = M \times \mathbf{p}_{\text{local}} $$ 其中$M$包括平移、旋转和缩放矩阵,确保模型正确放置在地球表面。 #### 2. **渲染机制** 渲染是Cesium的核心,涉及WebGL管道和Cesium的Scene管理。 - **渲染管道**: - **顶点处理**:顶点着色器将模型顶点从局部空间转换到裁剪空间,处理光照和坐标变换。例如,顶点位置计算: $ \mathbf{p}_{\text{clip}} = \text{ProjectionMatrix} \times \text{ViewMatrix} \times \mathbf{p}_{\text{world}} $ - **片段处理**:片段着色器应用材质和纹理,生成像素颜色。Cesium支持PBR(Physically Based Rendering)材质,实现真实感渲染。 - **批处理和优化**:Cesium将多个模型合并为批次(batching),减少WebGL调用次数,提升性能。这在处理大规模场景时尤为重要[^1]。 - **动态更新**:对于动态模型(如移动的卫星),Cesium通过每帧更新模型属性实现动画。例如: - 使用`model.modelMatrix`更新位置矩阵。 - 内置支持glTF动画,如骨骼动画或变形动画。 引用[^2]中的卫星轨道展示案例,就是通过动态更新模型位置和时间轴同步实现的,这依赖于Cesium的渲染循环机制[^2]。 #### 3. **底层实现原理** Cesium的底层基于WebGL 2.0/3.0和模块化架构,实现高效渲染。 - **WebGL交互**: - Cesium创建和管理WebGL上下文,通过`Primitive`和`DrawCommand`对象封装渲染指令。 - 顶点数据存储在GPU缓冲(如VBO),减少CPU-GPU数据传输延迟。 - 实现原理涉及图形管线优化,例如视锥体裁剪(frustum culling),只渲染可见模型,提升帧率。 - **坐标和投影系统**: - 模型使用椭球坐标(WGS84),Cesium自动处理投影到2D屏幕坐标。转换公式涉及大地测量学: $$ \phi = \arctan\left(\frac{z}{\sqrt{x^2 + y^2}}\right) \quad \text{(纬度计算)} $$ - 对于大规模模型Cesium采用LOD和空间索引(如3D Tiles),动态加载细节级别。 - **动态模型扩展**:Cesium允许自定义着色器或扩展Primitive API来实现复杂行为(如粒子效果)。引用[^1]提到,自绘动态模型通过修改底层着色器代码实现,这为开发者提供了灵活性[^1]。 #### 总结 Cesium创建三维模型的机制以模型加载和WebGL渲染为核心,实现原理则依赖于坐标转换、批处理和动态更新。通过优化渲染管道,Cesium能高效处理静态和动态模型(如卫星轨道[^2]),适用于地理信息可视化。开发者可通过Entity/Primitive API快速集成模型,或深入底层自定义渲染逻辑[^1]。
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