记一次 CesiumJS 中非 4326/3857 WMTS 数据的加载

Posted 2023-03-01 四季留歌

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• 既有 WMTS 的现状
• 兵来将挡水来土掩 - 问题解决
  • url 参数
  • tileMatrixSetID 和 layer 参数
  • tileMatrixLabels 参数
  • rectangle 参数
  • tilingScheme 参数
• 小结

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记一次 CesiumJS 中 WMTS 数据的加载

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CesiumJS 能用的 WMTS 目前只支持两种切片方案（TilingScheme）：

• 0 级瓦片有 2 个的 GeographicTilingScheme
• 0 级瓦片只有 1 个的 WebMercatorTilingScheme

光说很抽象，上图：

0 级瓦片有 2 个的投影，是直接以经纬度数值展平成平面，众所周知：

\\[纬度跨度:经度跨度 = 180:360 = 1:2 \\]

所以 GeographicTilingScheme 的样子就是一个一比二的 矩形，刚好就在 0 级瓦片时有两个，后续就按常规的四叉树切分即可。而 WebMercator 投影后的坐标系 xy 值域是 \\([-20037508.34,20037508.34]^2\\)，是一个 正方形，所以可以按单个 0 级瓦片进行四叉树切分。

以上，是技术前提，CesiumJS 只能支持这两种切分方案，也就是说，我国常用的其他投影方法，例如高斯投影、兰伯特投影等是不支持的，主要是形状不太满足构造四叉树瓦片。

既有 WMTS 的现状

需求是这样的，这一份 WMTS 的起切等级并不是 0 级，通过观察能力文档，我可以得出如下几个结论：

• 它是自定义切片方案，但满足 GeographicTilingScheme 方案的形状，是 1:2 的矩形
• 它的 0 级瓦片与 EPSG:4326 的 0 级瓦片不同
• 它的 0 级瓦片分辨率与 EPSG:4326 的 9 级瓦片相同
• 它的 0 级瓦片共有 1024 列 × 512 行，而 EPSG:4326 是 2 列 × 1 行，是 4326 的 \\(512^2\\) 倍

如果读者足够敏锐，可以得知这个 WMTS 的起切瓦片实际上几乎就是 4326 的第 9 级瓦片：

<TileMatrixLimits>
    <TileMatrix>EPSG:4490:0</TileMatrix>
    <MinTileRow>190</MinTileRow>
    <MaxTileRow>192</MaxTileRow>
    <MinTileCol>835</MinTileCol>
    <MaxTileCol>838</MaxTileCol>
</TileMatrixLimits>eMatrix>

比对广东省省界数据的 4326 坐标系第 9 级瓦片阵（TileMatrix）定义：

<TileMatrixLimits>
    <TileMatrix>EPSG:4326:9</TileMatrix>
    <MinTileRow>183</MinTileRow>
    <MaxTileRow>198</MaxTileRow>
    <MinTileCol>823</MinTileCol>
    <MaxTileCol>845</MaxTileCol>
</TileMatrixLimits>

最大最小行列号略有差别，是因为数据所跨的范围略有不同，前者范围较后者（广东省省界）小。

我只能说比较庆幸，这样的 WMTS 基本还是可以满足加载要求的，现有 API 可以满足加载调整。

兵来将挡水来土掩 - 问题解决

先给代码，然后解释：

const provider = new WebMapTileServiceImageryProvider(
  url: new Resource(
    url: \'http://127.0.0.1/server/wmts\', // 简写 url，会意即可
    headers: 
      \'tk\': \'aaaaaaaaa\', // 数据保密，需要传递 token
    
  ),
  tileMatrixSetID: \'EPSG:4490\',
  format: \'image/png\',
  tileMatrixLabels: Object.keys(new Array(11).fill(0)).map(v => `EPSG:4490:$v`),
  layer: \'demo\',
  rectangle: Rectangle.fromDegrees(113.75549, 22.383494, 114.662777, 22.888641),
  style: "",
  tilingScheme: new GeographicTilingScheme(
    numberOfLevelZeroTilesX: 1024,
    numberOfLevelZeroTilesY: 512,
  )
)
viewer.imageryLayers.addImageryProvider(provider)

url 参数

WebMapTileServiceImageryProvider 的 url 可以是两种类型的值：string 或 Resource，这个 WMTS 数据需要在所有请求头中加上访问令牌（token），所以我选择创建一个 Resource 对象来传递 token。

tileMatrixSetID 和 layer 参数

这里设为 EPSG:4490，指的是能力文档中该图层（layer: \'demo\'）下的 <TileMatrixSetLink></TileMatrixSetLink> 的瓦片阵集ID（TileMatrixSetID）：

<TileMatrixSetLink>
    <TileMatrixSet>EPSG:4490</TileMatrixSet>
    <TileMatrixSetLimits><!-- ... --></TileMatrixSetLimits>
</TileMatrixSetLink>

tileMatrixLabels 参数

这个没什么好说的，就是每一层瓦片阵的访问标签，我这里使用 JavaScript 的数组语法糖快速生成了 11 级（0到10，共11层）瓦片阵的 ID，即：

Object.keys(new Array(11).fill(0)).map(v => `EPSG:4490:$v`)

// ["EPSG:4490:0", "EPSG:4490:1", ..., "EPSG:4490:10"]

这样，网络请求瓦片的链接：

http://127.0.0.1/server/wmts?tilematrix=EPSG%3A4490%3A1&layer=ZT%3ATDYT&style=&tilerow=382&tilecol=1671&tilematrixset=EPSG%3A4490&format=image%2Fpng&service=WMTS&version=1.0.0&request=GetTile

中的 tilematrix 参数的值：EPSG:4490:1 就是正确的了。tileMatrixLabels 数组默认是数字 0 ~ 最大等级，如果图层在能力文档中定义的 tilematrix 的 ID 不是 0 ~ 最大等级的数字的话，就需要这样构造一个数组来告诉 CesiumJS，要以什么样的 tilematrix 发出请求。

rectangle 参数

加上这个参数，就可以最大优化 WMTS 的请求性能，如果不加这个参数限制请求范围，就会取相机视角下的所有筛选到的瓦片，这对这个例子十分有效，主要还是要加上最后一个参数：

tilingScheme 参数

上文已经提及，这个 WMTS 的切片方案与 4326 的是几乎一致的，只不过其 0 级相当于 4326 的 9 级。

那么，当 CesiumJS 发出第 0 级瓦片请求时，默认的 TilingScheme 是只有 1 行 2 列的瓦片的，但是在能力文档中，我注意到了一个定义：

<Contents>
    <TileMatrixSet>
        <ows:Identifier>EPSG:4490</ows:Identifier>
        <ows:SupportedCRS>urn:ogc:def:crs:EPSG::4490</ows:SupportedCRS>
        <TileMatrix>
            <ows:Identifier>EPSG:4490:0</ows:Identifier>
            <ScaleDenominator>545978.7734655447</ScaleDenominator>
            <TopLeftCorner>90.0 -180.0</TopLeftCorner>
            <TileWidth>256</TileWidth>
            <TileHeight>256</TileHeight>
            <MatrixWidth>1024</MatrixWidth>
            <MatrixHeight>512</MatrixHeight>
        </TileMatrix>
        <!-- ... -->
    <TileMatrixSet>
</Contents>

这是这个 WMTS 服务下的 EPSG:4490 的瓦片阵集（TileMatrixSet）的第 0 个瓦片阵（TileMatrix）的定义，这里定义了几个比较重要的参数：

• Identifier：瓦片阵的 ID
• ScaleDenominator：比例（分母）
• TileWidth / TileHeight：该瓦片阵的瓦片的像素宽高
• MatrixWidth / MatrixHeight：该瓦片阵的瓦片行列数

要用于前端的就是最后一个，行列数：

new GeographicTilingScheme(
  numberOfLevelZeroTilesX: 1024,
  numberOfLevelZeroTilesY: 512,
)

这样就能在 CesiumJS 发出第 0 级瓦片请求时，行列号能与 WMTS 的瓦片行列号对应上了，TilingScheme API 的这两个参数就是这么个用法，前提是切片的形状满足 CesiumJS 支持的这两个：GeographicTilingScheme、WebMercatorTilingScheme

小结

通过这次实践，我又进一步学习了老旧但是又不得不用的 WMTS 规范，以及这种非标准 4326、3857 切片数据的加载细节，那就是精确地根据能力文档中各项参数（瓦片阵集的选择、瓦片阵的范围等），配合 JsAPI 控制发出准确的请求。

如果真遇上那种不满足 CesiumJS 这俩切片方案的，估计就难搞了，水平有限。