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cesium中的坐标系统与转换

seeooco 2023-10-22 原文

1.cesium坐标介绍

cesium开发中常用的坐标系统

  • 屏幕坐标系统(二维)
  • 笛卡尔空间直角坐标系统(WGS84）
  • 地理坐标系统(经纬度坐标)

Cesium目前支持两种坐标系WGS84地理WKID=4326和WebMercator：WKID=3857，但是在Cesium中没有实际的对象来描述WGS84坐标，都是以弧度的方式来进行运用的也就是Cartographic类：

[1]屏幕坐标系统

也就是二维笛卡尔坐标系cesium中使用Cartesian2来描述屏幕坐标系统

构造函数为new Cesium.Cartesian2(x, y),屏幕左上角为原点,x右为正,y下为正

而openlayers中

[2]笛卡尔空间直角坐标系统

在GIS引擎中也称这种笛卡尔空间直角坐标系为（World Geodetic System 1984 (WGS84) 坐标系）

  • 原点为参考椭球的中心
  • 这个坐标系固定在地球上；当地球自转时，系统也会自转，WGS84 中定义的物体相对于地球保持固定
  • x 轴指向地理坐标 (0°, 0°)，y 轴指向 (90°, 0°)，z 轴指向北极。赤道位于 xy 平面内。这是一个右手坐标系，因此 x × y = z，其中 x、y 和 z 是沿各自轴的单位向量
  • cesium中构造函数为new Cesium.Cartesian3(x, y, z)

注意这里不要和WGS84地理坐标或者是WGS84椭球体混淆，这只是一个三维的笛卡尔坐标系的定义（只是指定轴向，原点位置等），并不像WGS84那样包含一些椭球参数

[3]地理坐标

new Cesium.Cartographic(longitude, latitude, height)

  • 经度：参考椭球面上某点的大地子午面与本初子午面间的两面角。东正西负。
  • 纬度：参考椭球面上某点的法线与赤道平面的夹角。北正南负。

注：Cartographic的经纬度是用弧度表示的，经纬度其实就是角度。弧度即角度对应弧长是半径的倍数。

所以经纬度是以弧度为单位的，高度是以米为单位。

弧度= π / 180 × 角度
角度=180 / π × 弧度

2.cesium坐标转换

[1]角度与弧度的转换

//角度转弧度
var radians = Cesium.CesiumMath.toRadians(degrees)
//弧度转角度
var degrees = Cesium.CesiumMath.toDegrees(radians)

[2]地理坐标转Cartesian3

Cesium在绘图过程中需要使用笛卡尔空间直角坐标（如WGS84笛卡尔坐标系），因此需要将经纬度坐标转换为笛卡尔坐标，才能用于绘图。
cartographic：弧度制表示的地理坐标系。使用（经度，纬度，大地高）表示。

(1)直接经过经纬度转换
角度制的地理坐标转Cartesian3

直接转换：

Cesium.Cartesian3.fromDegrees(longitude, latitude, height, ellipsoid, result)
ellipsoid：该Cartesian3所使用的椭球，默认为Ellipsoid.WGS84
result：存储结果的对象

Cesium.Cartesian3.fromDegreesArray(coordinates, ellipsoid, result)
coordinates：经纬度数组列表，用于批量转换[经度，纬度，进度，纬度，。。。。]

let cartesian3s = Cesium.Cartesian3.fromDegreesArrayHeights(coordinates);
coordinates：[经度，纬度，高度，进度，纬度，高度]
弧度制与笛卡尔转换

弧度制也类似，使用Cesium.Cartesian3.fromRadians, Cesium.Cartesian3.fromRadiansArray, Cesium.Cartesian3.fromRadiansArrayHeights

(2)使用椭球体转换
//先转换为弧度坐标
let position = Cesium.Cartographic.fromDegrees(lon, lat, height);
//获取viewer椭球体实例
let ellipsoid = viewer.scene.globe.ellipsoid;
//开始转换
let cartesian3 = ellipsoid.cartographicToCartesian(position);
// 多个坐标
let cartesian3s = ellipsoid.cartographicArrayToCartesianArray(positions);

[3]Cartesian3转地理坐标

(1)直接转换
//直接转换得到的是WGS84弧度制的经纬度坐标，可将其再转换为角度制。
let cartographic = Cesium.Cartographic.fromCartesian(cartesian3);
(2)通过椭球体转换
//需要选着或创建地理坐标的椭球体参数
// 单个坐标
let cartographic = Cesium.Ellipsoid.WGS84.cartesianToCartographic(cartesian3);
// 多个坐标
let cartographics = Cesium.Ellipsoid.WGS84.cartesianArrayToCartographic(cartesain3Array);

[4]Cartesian2与Cartesian3互转

屏幕坐标和迪卡尔空间直角坐标系的转换

(1)Cartesian2转Cartesian3

屏幕转椭球面笛卡尔坐标，不包含地形、模型等的坐标
Cesium中的Camera提供了pickEllipsoid方法：传送门

let cartesain3 = viewer.scene.camera.pickEllipsoid(cartesian2);

屏幕转场景坐标，包含地形和模型等的场景空间坐标
使用Scene类中的pickPosition方法实现：传送门

let cartesian3 = viewer.scene.pickPosition(cartesian2);

屏幕坐标转地表笛卡尔空间坐标
通过相机与屏幕点位连线来求取坐标。
使用Scene类中globe属性中的pick方法：

let ray = viewer.camera.getPickRay(cartesian2);
let cartesian3 = globe.pick(ray,viewer.scene);
(2)Cartesian3转Cartesian2

Cesium提供了SceneTransforms的wgs84ToWindowCoordinates方法将笛卡尔坐标转换为屏幕坐标

let cartesian2 = Cesium.SceneTransforms.wgs84ToWindowCoordinates(cartesian3);
cesium中的spanclasstoken3djavascript

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