三維 WebGIS 新玩具:OpenGlobus

秋意正寒發表於2021-04-30

程式碼倉庫地址:https://github.com/openglobus/openglobus
原創。@秋意正寒

1 簡介

OpenGlobus 是一個設計用於顯示可互動性三維地圖、影像瓦片、向量資料、標註、三維物件的 JavaScript 庫。它所用的技術是純 WebGL,完全開源免費。

它的目標是:讓三維地圖要素更快、更好看,使用者友好度拉滿並且在有關專案中容易編碼實現。

筆者注:OpenGlobus 的起名,頗有三維界的 OpenLayers 的意味

2 HelloGlobus

很容易能通過 npm scripts 中的 build 命令打包到一個生產模式的 umd 包,包括兩個檔案,一個 js 檔案,一個 css 檔案,寫這篇文章時,庫版本是 0.8.5,所以上最簡單的示例程式碼:

<link rel="stylesheet" href="og-0.8.5.css">
<script src="og-0.8.5.js"></script>

<div id="viewport"></div>
<script>
  const globus = new og.Globe({
    target: 'viewport'
  })
</script>

在控制檯,鍵入 og 可輸出全域性物件。

出圖大概是這樣的效果:

image

觀察控制檯的網路請求,不難發現在不新增任何圖層、高程資料的時候,它不會發生任何網路圖層的請求,也就是說,這個夜光圖和背景完全是內建在程式碼中的靜態資源。

3 在 Vite 中與 vue3 整合

經測試,Globe 物件暫不支援直接傳入 HTMLDivElement,只能傳遞一個 id 字串,所以繫結 DOM ref 的方法行不通。

習慣性把屬性作為 vue 元件的 props 的開發者請注意,下列寫法雖然可以正確出現地球,但是這樣會增加監聽負載,一旦將來 globe 上的東西越來越多,WebGL 的幀率將不能保證:

<template>
  <div id="viewport"></div>
</template>

<script setup>
import * as og from '@openglobus/og' // 發文時,還沒有型別定義庫 `*.d.ts`,所以暫時只能整體匯入,而不能用解構語法
import { onMounted, defineProps, ref } from 'vue'
import '/node_modules/@openglobus/og/css/og.css'

let globe = ref()
onMounted(() => {
  globe = new og.Globe({
    target: 'viewport'
  })
})

defineProps([
  'globe'
])
</script>

所以,我建議改成這樣:

<template>
  <div id="viewport"></div>
</template>

<script setup>
import * as og from '@openglobus/og' // 發文時,還沒有型別定義庫 `*.d.ts`,所以暫時只能整體匯入,而不能用解構語法
import { onMounted } from 'vue'
import '/node_modules/@openglobus/og/css/og.css'

let globe = null
onMounted(() => {
  globe = new og.Globe({
    target: 'viewport'
  })
})
</script>

4 在 Vite 中與 react 整合

這個就簡單了:

import React, { useEffect } from 'react'
import * as og from '@openglobus/og' // 發文時,還沒有型別定義庫 `*.d.ts`,所以暫時只能整體匯入,而不能用解構語法
import '/node_modules/@openglobus/og/css/og.css'

function App() {
  useEffect(() => {
    const globe = new og.Globe({
      target: 'viewport'
    })
  }, [])
  return <div id="viewport"></div>
}

export default App

5 示例程式碼

官網(www.openglobus.org)提供了一些示例程式碼,足夠學習使用,只要知道入口物件是 Globe 類即可。

6 API風格

不僅庫的名字類似 OpenLayers,它還在很多 API 命名上“暫時”接近 ol。拿建立 XYZ 圖層來說:

const osm = new og.layer.XYZ("OpenStreetMap", {
  isBaseLayer: true, // 是否是底圖
  url: "//{s}.tile.openstreetmap.org/{z}/{x}/{y}.png", // url
  visibility: true, // 可見性
  attribution: 'Data @ OpenStreetMap contributors, ODbL' // 宣告之類的字串
});

OpenLayers 的比較:

const xyzSource = new ol.source.XYZ({
  url: `https://{a-c}.tile.thunderforest.com/cycle/{z}/{x}/{y}.png?apikey=Your API key from http://www.thunderforest.com/docs/apikeys/ here`,
})

以及 Vector 圖層:

const markerLayer = new og.layer.Vector("Markers", {
  clampToGround: true
})

在 ol 也有類似的 API 名稱。

更有趣的是,當前的示例內碼表面和 ol 6.5 的示例內碼表面極為相似:

og ol
image image

更別提 API 幫助文件了,我懷疑是用的同一個母模板。

7 目前已完成的功能(截至發文時)

基本資料載入功能

  • GeoJson 資料載入
  • 靜態圖片載入(並支援拖拽調整其四個角的位置)
  • 地形服務載入(Mapbox的地形服務、GeoServer的Bil格式地形服務等),支援垂直誇大
  • GeoServer WMS 載入
  • Canvas瓦片載入(Canvas作為一層直接貼到地球表面)
  • 廣告牌載入(類似於精靈?),支援貼地
  • 視訊紋理
  • 基本向量圖形繪製(polylines、marker、circle、ray等),marker支援互動式拖拽移動

介面定製與互動功能

  • 支援自定義控制元件(類繼承形式實現,且暫時只能用原生 DOM)
  • 支援 Popup(彈窗),彈窗樣式比較醜,雖然支援背面剔除,但是它的更新座標的機制感覺和 Cesium 自定義氣泡差不多... 都是監聽事件改變 DOM 的座標
  • 支援圖層切換控制元件(儘管現在還很醜)
  • 支援滑鼠滑過(mousemove)、左鍵單擊(lclick)等基本事件,也支援禁用事件
  • 支援相機飛行動畫

渲染器及渲染效果相關功能

  • 提供時鐘(儒略日期、UTC等均支援)
  • 內建簡單的數學庫
  • 圖層透明度設定
  • 支援簡易太陽光
  • 支援假性半透明顏色覆蓋

複雜的需求肯定達不到(例如將視訊完整地貼合複雜模型等),畢竟才釋出不久。

8 提供原生 WebGL 介面

GeoTexture2d 例子中,就出現了與底層 WebGL 幾乎完全一致的程式碼,例如 fbo、program、uniforms、attributes 等,也支援自定義的著色器程式碼,意味著應該是有底層的能力的。

9 展望未來

它建立於 2018 年,但是在 GitHub 上是今年 3 月才活躍起來的,官網列舉此庫的特點如下:

圖層支援

  • WMS、WMTS
  • 標籤和廣告牌
  • 向量圖層:線與面型別
  • 靜態覆蓋圖層:支援靜態圖片、視訊、WebGL FBO
  • 自定義 canvas 瓦片圖層
  • GeoJSON圖層
  • 其他

預設控制元件

  • 縮放按鈕
  • 經緯度座標提示
  • 圖層切換
  • 太陽位置控制元件
  • 指北針
  • 互動式導航(即滑鼠鍵盤控制)

引擎的效能表現

  • 純 WebGL 實現渲染器
  • 支援多地球例項
  • 單 WebGlProgram(不太確定)
  • 內建時鐘,即時渲染
  • 支援事件:draw、click、mouseenter等
  • 支援圖層、物件的拾取
  • LOD控制
  • 舒適的互動體驗
  • 無依賴!

三維視覺化

  • 支援多種高程資料來源
  • 柔和的燈光
  • 自定義天空盒
  • 圖層外觀支援自定義:光引數、高度調整、透明度、可見範圍等
  • 軸對齊的廣告牌和標籤
  • 即將支援:3dTiles、大氣散射效果、glTF模型

若再迭代十幾個版本,那是非常值得期待的,畢竟它的 API 更接近 GIS 風格。

但是,現在國內的需求更接近區域性展示而不是全球範圍展示,能不能被國內的piao客們青睞,還要再等等。

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