cesium 视锥

### Cesium 中视锥（View Frustum）的原理 在三维图形学中，**视锥（View Frustum）** 是指摄像机或观察者视野范围内的空间区域。这个区域通常是一个截头锥体（Frustum），由近裁剪面（Near Plane）、远裁剪面（Far Plane）、视场角（Field of View, FOV）、以及宽高比（Aspect Ratio）定义。只有在这个区域内的物体才会被渲染到屏幕上。 在 **Cesium** 中，视锥是用于表示摄像机视角下的可视区域，常用于可视化相机视野、实现可视域分析（Visibility Analysis）、离屏渲染（Offscreen Rendering）、拾取（Picking）等高级功能。Cesium 提供了多种类来处理视锥相关的几何结构和可视化操作，例如 `PerspectiveFrustum` 和 `FrustumOutlineGeometry`。 ### 视锥的创建与参数说明 Cesium 使用 `PerspectiveFrustum` 类来定义一个透视视锥体，其主要参数包括： - **fov（Field of View）**：以弧度为单位的垂直视场角，控制视野张开的角度。 - **aspectRatio**：视口的宽度与高度之比，决定了视锥的纵横比例。 - **near**：近裁剪平面距离摄像机的距离。 - **far**：远裁剪平面距离摄像机的距离[^1]。 示例代码如下： ```javascript let frustum = new Cesium.PerspectiveFrustum({ fov: Cesium.Math.toRadians(30), aspectRatio: 1.4, near: 10, far: 300 }); ``` ### 视锥轮廓线的生成 为了可视化视锥体，可以使用 `FrustumOutlineGeometry` 创建视锥的轮廓线几何对象，并结合 `GeometryInstance` 和 `Primitive` 添加到场景中。该方法适用于展示摄像机的视野边界或用于调试目的[^1]。 完整代码示例如下： ```javascript function addOutline(position, orientation) { let frustum = new Cesium.PerspectiveFrustum({ fov: Cesium.Math.toRadians(30), aspectRatio: 1.4, near: 10, far: 300 }); let geometry = new Cesium.FrustumOutlineGeometry({ frustum: frustum, origin: position, orientation: orientation, vertexFormat: Cesium.VertexFormat.POSITION_ONLY }); let instance = new Cesium.GeometryInstance({ geometry: geometry, attributes: { color: Cesium.ColorGeometryInstanceAttribute.fromColor( new Cesium.Color(0.933, 0.698, 0.08, 1.0) ) } }); let primitive = new Cesium.Primitive({ geometryInstances: instance, appearance: new Cesium.PerInstanceColorAppearance({ closed: true, flat: true }), asynchronous: false }); viewer.scene.primitives.add(primitive); } ``` ### 视锥在三维可视化中的应用 #### 可视域分析 视锥可用于模拟摄像机的可视范围，从而进行可视域分析。通过计算视锥内物体的位置关系，可以判断哪些物体处于可见区域内。这种方法广泛应用于虚拟现实、无人机飞行路径规划、地形遮挡剔除等领域[^2]。 #### 离屏渲染与高效拾取 在大规模数据渲染时，直接对所有对象执行拾取操作效率较低。利用视锥结合离屏渲染技术，可以仅对视锥内的对象进行深度测试和坐标转换，从而提升性能。例如，在一次离屏渲染过程中，将深度图大小设置为 `1024x1024`，便可快速获取一百多万个点的拾取信息[^3]。 #### 摄像机姿态计算 在实际应用中，经常需要根据两个点之间的相对位置计算摄像机的姿态（如航向角 Heading 和俯仰角 Pitch）。Cesium 提供了 `Transforms.eastNorthUpToFixedFrame` 方法用于构建局部坐标系，并结合三角函数计算方向角[^2]。 示例代码如下： ```javascript function getHeading(fromPosition, toPosition) { let finalPosition = new Cesium.Cartesian3(); let matrix4 = Cesium.Transforms.eastNorthUpToFixedFrame(fromPosition); Cesium.Matrix4.inverse(matrix4, matrix4); Cesium.Matrix4.multiplyByPoint(matrix4, toPosition, finalPosition); Cesium.Cartesian3.normalize(finalPosition, finalPosition); return Cesium.Math.toDegrees(Math.atan2(finalPosition.x, finalPosition.y)); } function getPitch(fromPosition, toPosition) { let finalPosition = new Cesium.Cartesian3(); let matrix4 = Cesium.Transforms.eastNorthUpToFixedFrame(fromPosition); Cesium.Matrix4.inverse(matrix4, matrix4); Cesium.Matrix4.multiplyByPoint(matrix4, toPosition, finalPosition); Cesium.Cartesian3.normalize(finalPosition, finalPosition); return Cesium.Math.toDegrees(Math.asin(finalPosition.z)); } ``` ### 总结 视锥是三维可视化中的核心概念之一，尤其在 Cesium 这样的地理空间引擎中具有广泛应用。通过精确控制视锥的参数，不仅可以实现高效的渲染优化，还能支持复杂的交互功能，如可视域分析、离屏拾取和摄像机姿态计算等。