Cesium学习笔记——dem/tif地形的分块与加载

前言

        在Cesium的学习中，学会读文档十分重要！！！在这里附上Cesium中英文文档1.117。

        在Cesium项目中，在平坦坦地球中加入三维地形不仅可以增强真实感与可视化效果，还可以​​提升用户体验与交互性，今天，我们来学习一下如何将dem/tif格式的地形数据进行分块和加载。

一、dem/tif格式数据下载

        DEM（​​Digital Elevation Model​​）是描述地表高程信息的数字模型，通过规则网格或点云数据记录地形起伏，广泛应用于地理信息系统（GIS）、遥感、三维可视化（如Cesium）等领域。

1.1、DEM常见数据格式

  1. GeoTIFF（.tif）​​​​​：地理参考的栅格格式，高程值存储为像素值，元数据（坐标、投影）嵌入文件头。其兼容性强，QGIS、ArcGIS、Python GDAL均支持。 如NASA SRTM数据（30米分辨率）常以GeoTIFF分发。
  2. ASCII Grid（.asc）：纯文本格式，以行列数、网格尺寸、高程值矩阵定义地形。
  3. ​​HGT（.hgt）：SRTM任务专用格式，每文件覆盖1°×1°区域。
  4. DEM（.dem）：USGS标准格式，含头文件（坐标、分辨率）和二进制高程数据。
  5. ​​Point Cloud（.las/.laz）：离散点云记录高程，精度极高但需栅格化生成DEM。

1.2、DEM数据的获取

        在国内，我们可以使用地理空间数据云来获取DEM数据。

        地理空间数据云（GSCloud）旨在通过云计算、大数据等技术，解决科研人员在地理空间数据全流程（搜索、获取、分析等）中的需求，推动数据开放共享与高效利用。其服务理念为“开放共享、创新服务”，已发展成为国内最具影响力的地学数据平台之一。

        在左上角的数据集中，我们可以选择想要的DEM类型，然后选择其空间位置，将其下载下来，一般这里的格式为dem或tif，如果是其他格式如img，可以在gis软件中将其转换，方便后续切片的处理。

        下载好的数据直接预览可能一片漆黑，要专业的gis软件预览的效果会好一点。

二、数据切片

        切片是指将​​原始DEM数据​​（如整块GeoTIFF或HGT文件）切割成​​多层级瓦片金字塔​​（Tile Pyramid），每个瓦片（Tile）覆盖特定地理范围和分辨率，按需动态加载，提升性能。

        而全球30米分辨率DEM未经切片的原始数据可能高达数十GB，直接加载会耗尽内存和网络带宽。

        这里，我们使用cesiumlab来进行切片（也可以用gdal+python）。CesiumLab‌是一个基于WebGL技术的3D地理信息系统（GIS）平台，主要用于在浏览器中呈现和分析地理空间数据。它由Cesium平台设计，旨在最大化提升三维数据可视化效率‌。最重要的是，其基础功能基本上免费。

        

        这里，存储类型记得改成散列，在提交处理时，有可能会让你登录，若未登录，点击上面的网站注册一下就好了，然后第一次登录的账号密码就是注册的账号密码，默认密码是手机号后8位。

        切片好的文件夹如下，其中meta是其元数据，我们可以从中获取此DEM的范围等信息。

{"bounds": {"east": 117.00018882751465,"north": 30.00014305114746,"south": 28.99970054626465,"west": 115.99974632263184},"contentType": "quantizedmesh","latLonBounds": {"east": 117.00018882751465,"north": 30.00014305114746,"south": 28.99970054626465,"west": 115.99974632263184},"maxzoom": 14,"minzoom": 0,"proj": 4326,"tiletrans": "tms","type": "terrain","ziped": false
}

三、TerrainProvider的介绍

        在Cesium中，一般使用Cesium.TerrainProvider来加载地形。TerrainProvider是Cesium的一个接口，负责从服务器或本地获取地形瓦片数据。

        它有几个子类，EllipsoidTerrainProvider，CesiumTerrainProvider VRTheWorldTerrainProvider，GoogleEarthEnterpriseTerrainProvider，ArcGISTiledElevationTerrainProvider。其中EllipsoidTerrainProvider是用来加载椭球模型（无真实的地形），CesiumTerrainProvider可以用来加载cesium自带的地形或者是用户的地形，VRTheWorldTerrainProvider支持从VT MAK VR-TheWorld Server服务器请求的高度地图地形图，最后两个是谷歌和ArcGIS的地形。

        这里，我们主要学习用CesiumTerrainProvider加载地形。

四、CesiumTerrainProvider加载默认地形

        在这个文档中，CesiumTerrainProvider不能直接构造地形对象（可能其他的版本不一样），其支持两种格式的地形

  • Quantized Mesh
  • Height Map

        我们上面的切片地形是第一种格式的。

        CesiumTerrainProvider提供了两种加载地形的方法CesiumTerrainProvider.fromIonAssetId 和 CesiumTerrainProvider.fromUrl，其中第一种可以用来加载Cesium的资源，但在这之前，记得先申请一个Ion。Cesium.Ion.defaultAccessToken =‘你的Ion’

        其有两个参数，第一个是资源id，比如说地形是1，第二个是对象，其有如下参数，第一个是真实的地球光照，第二个是水的渲染，但是需要从服务器获取。

  let terrainProvider1 = Cesium.CesiumTerrainProvider.fromIonAssetId(1, {requestVertexNormals: true,requestWaterMask: true,});viewer.terrainProvider = terrainProvider1;

        效果如下，但是默认的地形受网络影响大，有时候加载不出来。

五、CesiumTerrainProvider加载本地地形

5.1、直接加载

        本地地形则是通过CesiumTerrainProvider.fromUrl函数来加载。它的参数也和上面的类似，但是第一个路径需要是相对路径，在本地Cesium无法读取绝对路径。

        注意这个路径所在文件夹terrain是打开里面一个有json文件的文件夹，这里我把terrain放在public里。

  let terrainProvider = Cesium.CesiumTerrainProvider.fromUrl('/terrain',);viewer.terrainProvider = terrainProvider;

5.2、服务器代理加载 

        但是上面那种方法无法用于实际生产，因为我们切片的目的就是提高性能，减少页面体积，如果直接放在public里，这些地形切片会直接和前端页面一起全部发送给浏览器，相当于没有解决问题。

        而且，这些地形通常是不变的静态数据，因此我们可以用一个服务器来进行发布。这里，我用nginx，也可以用python，tomcat等。

        我们先去nginx官网下载一个nginx。下载好后，其目录结构如下。terrain是我们的切片地形，需要我们复制过来（terrain1是我的另一个）。

        接下来，我们要对其进行代理配置，进入第一个文件夹，里面有一个nginx.conf文件，这是其配置文件。其配置内容大概如下。

  • ‌全局块（main）‌：设置工作进程数（worker_processes auto;匹配CPU核心数）、错误日志路径及级别（建议生产环境用warn级别）‌
  • events块‌：定义连接处理模型（如use epoll;优化Linux性能）、单个进程最大连接数（高并发场景需调高worker_connections）
  • http块‌：包含全局HTTP设置（如MIME类型、日志格式）、多个server虚拟主机配置‌ ‌
  • server块‌：定义监听端口（listen 80;）、域名（server_name）、访问控制规则，内部嵌套location路径匹配规则

        这里，我们要配置的是server这一块，其默认端口号为 80，这里我改成了9999。

        然后就是location路径匹配规则，root里面的是根路径，如何不修改，nginx默认访问的就是这个文件夹，这里要改成我们代理的文件夹terrain。

        atuoindex on在Nginx配置中用于开启目录浏览功能。当设置autoindex on时，Nginx会在访问指定目录时显示该目录下的文件列表，类似于文件管理器中的目录浏览功能，这里我们要开启才能访问我们的资源。

        最后就是一些跨域请求问题，全部允许。

    server {listen       9999;server_name  localhost;#charset koi8-r;#access_log  logs/host.access.log  main;location / {root   terrain;autoindex on;# 支持跨域add_header Access-Control-Allow-Origin *;add_header 'Access-Control-Allow-Methods' 'GET, POST, OPTIONS';add_header 'Access-Control-Allow-Headers' 'DNT,User-Agent,X-Requested-With,If-Modified-Since,Cache-Control,Content-Type,Range';add_header 'Access-Control-Expose-Headers' 'Content-Length,Content-Range';}

         最后点击nginx.exe启动,浏览器访问http://localhost:9999/就可以访问到文件里面的内容。

        最后，将这个路径填入即可。

  let terrainProvider = Cesium.CesiumTerrainProvider.fromUrl('http://localhost:9999/',);viewer.terrainProvider = terrainProvider;

        最后效果如下，如果大家喜欢我的文章的话，请点一个免费的赞和关注吧！

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