three-tile V0.6.4

hz_gjf@163.com

1 简介

three-tile 是一个使用 threejs开发的轻量级三维瓦片地图库，具有使用简单、资源占用少等优点，它提供了一个使用瓦片地图服务的轻量级三维地形模型，适用于给基于 threejs 开发应用增加三维地图。

详细介绍：https://blog.csdn.net/HZGJF/article/details/140280844

注意：这不是 Cesium，也不是 Mapbox-gl，跟这些三维 GIS 框架没有关系。

Source: https://github.com/sxguojf/three-tile

demo: https://sxguojf.github.io/mydemo/three-tile/index.html

提供一些开发示例：

Examples: https://sxguojf.github.io/three-tile-example

Examples Source： https://github.com/sxguojf/three-tile-example

免责声明：

• 本框架不含任何地图数据，Example 中使用的地图均为直接调用第三方数据，使用中请遵循法律法规要求。

1.1 特点

• 轻量级：地图以一个三维模型方式提供，不会对已有程序架构产生任何影响。
• 依赖少：整个框架仅有 threejs（R165）一个依赖。
• 速度快：对资源占用做极致优化，核显也能轻松跑到 60FPS。
• 使用简单：熟悉 threejs 基本上没有学习成本。
• 扩展性强：数据、模型、纹理、材质、渲染过程均能根据自己需要扩展和替换。

1.2 开发环境

• 语言：TypeScript 100%
• IDE： VSCode
• 打包：Vite 4.0
• 依赖：three 0.165

2 安装

2.1 直接引用

<script type="importmap">
{
    "imports": {
        "three": "https://unpkg.com/three@0.165.0/build/three.module.js",
        "three-tile": "https://unpkg.com/three-tile@0.6.2/dist/three-tile.js"
    }
}
</script>

2.2 npm

npm i three-tile -S

yarn add three-tile -S

3 使用

和一般 threejs 应用一样，初始化 threejs 三维场景后，将地图模型加入场景即可完成地图的显示。

使用按以下步骤：

1. 定义地图数据源
2. 创建地图模型
3. 初始化三维场景
4. 地图模型加入三维场景

3.1 定义地图数据源

three-tile 内置了 Mapbox、ArcGis、Bing、天地图、高德、腾讯等多个厂商的瓦片地图源，可直接调用，也可根据根据需要自行扩展。地图切片默认使用 Google 方案，地形瓦片支持 MapBox 的 terrain-rgb 和 ArcGis 的 LERC 格式。如 MapBox 数据源创建如下：

import * as tt from "three-tile";

// MapBoxToken 请更换为你自己申请的key
const MAPBOXKEY = "xxxxxxxxxx";

// mapbox 影像数据源
const mapBoxImgSource = new tt.plugin.MapBoxSource({
    token: MAPBOXKEY,
    dataType: "image", //影像格式数据标志
    style: "mapbox.satellite", //mapbox卫星影像数据url参数
});

// mapbox 地形数据源
export const mapBoxDemSource = new tt.plugin.MapBoxSource({
    token: MAPBOXKEY,
    dataType: "terrain-rgb", //terrain-rgb格式地形数据标志
    style: "mapbox.terrain-rgb", //mapbox地形数据url参数
    maxLevel: 15,
});

注意：

1. 多数数据源需要申请 token 才能使用，请不要用我示例中的。
2. 部分国外的地图无法访问，或是速度很慢，这个需要自己想办法，你们懂的。
3. 国内地图使用“火星坐标系”，影像图与地形有可能无法套准。
4. 地图数据使用，请遵循法律法规要求。

3.2 地图创建

使用 TileMap 类的工厂方法 create() 创建地图，加入场景。

import * as tt from "three-tile";

// 创建地图对象
const map = new tt.TileMap({
    // 影像数据源
    imgSource: imgSource,
    // 高程数据源
    demSource: demSource,
    // 地图投影中央经线经度
    lon0: 90,
    // 最小缩放级别
    minLevel: 2,
    // 最大缩放级别
    maxLevel: 20,
});

// 地图旋转到xz平面
map.rotateX(-Math.PI / 2);

// 将地图加入三维场景
viewer.scene.add(map);

3.3 初始化三维场景

three-tile 的三维场景初始化和 threejs 相同，按 threejs 的套路初始化场景、摄像机、控制器、灯光等即可。为了便于使用，three-tile 还提供一个 GLViewer 类，它封装了场景初始化过程，可直接使用它进行初始化。

import * as tt from "three-tile";

// 初始化三维场景(调用three-tile内置的初始化类)
const viewer = new tt.plugin.GLViewer("#map");

与二维 webgis 不同，三维场景中平移、缩放、旋转地图模型并不是修改模型的位置，而是修改摄像机（观察者）位置来实现的。包括摄像机坐标和其方向矢量（heading 、pitch 、roll ），即观察者在哪个坐标及朝哪个方向看。但这个这个描述有些抽象，three-tile 中用摄像机坐标和地图中心坐标替代，通过将摄像机经度纬度高度和目标点经度纬度高度转换为世界坐标，传入 GLViewer 构造函数参数来定位。

// 地图中心坐标(经度，纬度，高度)
const centerGeo = new Vector3(110, 30, 0);
// 摄像坐标(经度，纬度，高度)
const camersGeo = new Vector3(110, 0, 10000);
// 地图中心转为世界坐标
const centerPostion = map.localToWorld(map.geo2pos(centerGeo));
// 摄像机转为世界坐标
const cameraPosition = map.localToWorld(map.geo2pos(camersGeo));
// 初始化场景
const viewer = new tt.plugin.GLViewer("#map", { centerPostion, cameraPosition });

如果你熟悉 threejs，场景初始化最好自己写，跟普通 threejs 程序并无太大差异。以下部分需要注意：

• 为了使地图坐标系与一般人类理解一致，three-tile 地图坐标方向采用东(x)北(y)上(z)方向，即地面在 x-y 平面上，海拔高度在 z 轴。而 threejs 一般平面在 xz 平面上，高度为 y 轴，所以初始化时需要使场景默认 up 指向 z 轴，可添加：Object3D.DEFAULT_UP.set(0, 0, 1) 即可。如果你的应用不能调整 up 值，可以将地图旋转-π/2 完成。
• 因大部分 three 开发人员不太关注 Object3D.up 值，包括 threejs 官方示例，以至于一些 three 代码需要做修改才能添加运行，从 V0.6.1 开始，GLViewer 类中不再设置 Object3D.DEFAULT_UP.set(0, 0, 1) ，开发者需在创建地图后自行将地图沿 x 轴旋转-π/2° ：map.rotateX(-Math.PI / 2);
• 地图添加光照才能显示。一般至少要有一个环境光，另外最好加一个直射光以通过地形法向量增强凹凸感。
• 场景控制器一般应用可使用 threejs 内置的 MapControls，其它控制器如 OrbitControls、FlyControls、PointerLockControls、TransformControls、FirstPersonControls 都能完美支持。

4. 主要类说明

一般使用，仅需 TileMap 类即可完成绝大部分操作，TileMap 继承于 threejs 的 Mesh 类，你可以把它当做一个普通的三维模型，加入 scene 即可使用。

4.1 TileMap 构造函数

constructor(params: MapParams) ，MapParams：地图构造函数参数：

type MapParams = {
    imgSource: ISource[] | ISource; //影像数据源
    demSource?: ISource; //高程数据源
    minLevel?: number; //最小缩放级别
    maxLevel?: number; //最大缩放级别
    lon0?: ProjectCenterLongitude; //地图投影中央经线经度
    loader?: ITileLoader; //地图加载器
    rootTile?: RootTile; //根瓦片
};

构造函数参数，均作为 TileMap 的同名属性进行封装，运行时可通过修改这些属性改变地图状态。

4.2 TileMap 主要属性

4.3 TileMap 主要方法

4.4 TileMap 事件

5. 约定和限制

• 坐标系：地图模型局地坐标系为东北上坐标系，即 X 轴指向东，Y 轴指向北，Z 轴指向上。与 threejs 默认坐标不同需要注意。
• 坐标单位：角度单位为弧度，经纬度为度，3857 投影（默认）坐标单位为公里，4326 投影单位为 0.01 度，高度单位均为公里。
• 瓦片数据：内建的地图影像和地形数据均使用图片格式（jpg、png、webp 等），支持 3854 和 4326 投影，暂不支持矢量瓦片。
• 瓦片属性：默认情况瓦片模型纹理透明属性开启，请注意渲染顺序。
• 地图清晰度：清晰度与本框架无关，取决数据源精度。
• 地图标注源：大部分国内厂商地图数据的地名、边界、道路有一定偏移，与地形无法完全匹配。
• 地图 token：大部分厂商的地图数据需要申请开发 key 才能使用，three-tile 示例包含一些厂商的 token，访问的人多了厂商会封掉它们，使用者一定要自己申请（又不要钱）避免直接使用。

6. 运行调试程序

• npm run dev

7. 示例

提供一个最小化示例：

<!DOCTYPE html>
<html lang="zh-cn">
    <head>
        <meta charset="utf-8" />
        <meta
            name="viewport"
            content="width=device-width, user-scalable=no, minimum-scale=1.0, maximum-scale=1.0"
        />
        <title>three-tile最小化应用</title>
    </head>
    <style>
        html,
        body {
            background-color: #333;
            height: 100%;
            width: 100%;
            padding: 0;
            margin: 0;
            display: flex;
        }
        #map {
            flex: 1;
        }
    </style>

    <!-- 因three@v0.150+废弃了普通导入方式，需要改为使用importmap导入 -->
    <script type="importmap">
        {
            "imports": {
                "three": "https://unpkg.com/three@0.165.0/build/three.module.js",
                "three-tile": "https://unpkg.com/three-tile@0.6.2/dist/three-tile.js"
            }
        }
    </script>

    <body>
        <div id="map"></div>
        <script type="module">
            import * as THREE from "three";
            import * as tt from "three-tile";

            console.log("three-tile start!");

            // MapBoxToken 请更换为你自己申请的key
            const MAPBOXKEY =
                "pk.eyJ1Ijoic2hhbmUwMjIwNzIiLCJhIjoiY2p5amF6YnFiMDB0YjNkcGU1ZWxoMWl0NiJ9.TsmgK5-HJKWOE-DscbNbTA";

            // mapbox影像数据源
            const mapBoxImgSource = new tt.plugin.MapBoxSource({
                token: MAPBOXKEY,
                dataType: "image",
                style: "mapbox.satellite",
            });
            // mapbox地形数据源
            const mapBoxDemSource = new tt.plugin.MapBoxSource({
                token: MAPBOXKEY,
                dataType: "terrain-rgb",
                style: "mapbox.terrain-rgb",
                maxLevel: 15,
            });

            // 创建地图
            const map = tt.TileMap.create({
                // 影像数据源
                imgSource: mapBoxImgSource,
                // 地形数据源
                demSource: mapBoxDemSource,
                // 地图投影中心经度
                lon0: 90,
                // 最小缩放级别
                minLevel: 2,
                // 最大缩放级别
                maxLevel: 18,
            });
            // 地图旋转到xz平面
            map.rotateX(-Math.PI / 2);

            // 地图中心坐标(经度，纬度，高度)
            const centerGeo = new THREE.Vector3(105, 30, 0);
            // 摄像坐标(经度，纬度，高度)
            const camersGeo = new THREE.Vector3(105, 0, 5000);
            // 地图中心转为世界坐标
            const centerPostion = map.localToWorld(map.geo2pos(centerGeo));
            // 摄像机转为世界坐标
            const cameraPosition = map.localToWorld(map.geo2pos(camersGeo));
            // 初始化场景
            const viewer = new tt.plugin.GLViewer("#map", { centerPostion, cameraPosition });

            // 地图添加到场景
            viewer.scene.add(map);
        </script>
    </body>
</html>

更多使用方法见 example https://sxguojf.github.io/three-tile-example

8. 参考

• https://github.com/CesiumGS/cesium
• https://github.com/mapbox/mapbox-gl-js
• https://leafletjs.com
• https://github.com/tentone/geo-three
• https://github.com/ebeaufay/threedtiles
• https://github.com/NASA-AMMOS/3DTilesRendererJS
• https://github.com/wlgys8/GPUDrivenTerrainLearn
• https://github.com/lijundacom/LeoGPUDriven