Cesium模型漫游过程中姿态动态调整-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了Cesium模型漫游过程中姿态动态调整。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

一、功能设计

模型漫游过程中姿态动态调整有两种情况：

1）速度沿默认方向-运动过程中的姿态动态调节

2）沿速度矢量方向-运动过程中姿态的动态调节

二、对数据和服务的要求

gltf数据

三、接口设计

通过修改AnimationTool上的modelHeading，modelPitch，modelRoll来进行姿态动态调节


//新建一个AnimationTool对象
var animation = new Cesium.AnimationTool(viewer, {               
//修改模型的方位角
modelHeading = 20;
//修改模型的俯仰角
modelPitch=10;
//修改模型的倾斜角
modelRoll=10;
},

3.1.速度沿默认方向-运动过程中的姿态动态调节

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3.2.沿速度矢量方向-运动过程中姿态的动态调节

四、算法逻辑设计

在兼容设置模型是否朝速度矢量方向（文档跳转）的基础上，提供在沿默认方向和沿速度矢量方向两种运动模式下的模型姿态动态调整。

两种模式的实现均是外部传入模型的heading,pitch,roll参数，内部通过访问器获取，通过一系列计算得到确切的方向值，赋值给当前模型的orientation 属性，实现模型朝向的动态修改

4.1.速度沿默认方向-运动过程中的姿态动态调节

1.基于当前模型的位置和外部提供的模型heading,pitch,roll参数，计算hpr最终得到朝向参数；


//模型默认状态下，计算其朝向四元数
function getDefaultQuaternion(position, rotateX, rotateY, rotateZ) {
    //三个角转弧度
    let heading = CMath.toRadians(rotateZ);
    let pitch = CMath.toRadians(rotateY);
    let roll = CMath.toRadians(rotateX);
    //通过方位角，俯仰角和倾斜角得到hpr参数
    let hpr = new HeadingPitchRoll(heading, pitch, roll);
    //基于模型当前位置和hpr得到朝向
    let orientation = Transforms.headingPitchRollQuaternion(position, hpr);
    return orientation;
}

2.获取当前模型的位置


//获得当前时间模型所在的位置
var curPosition = Property.getValueOrUndefined(this._animationModel.position, this._viewer.clock.currentTime, curPosition);

3.得到朝向并赋给当前模型使生效


 this._animationModel.orientation = getDefaultQuaternion(curPosition, this._modelRoll, this._modelPitch, this._modelHeading);

4.2.沿速度矢量方向-运动过程中姿态的动态调节

根据模型的速度信息、位置信息，建立模型本体坐标系，进而获取站心坐标系到模型坐标系的旋转矩阵，根据这个旋转矩阵获取欧拉角，最后再用模型的当前位置和欧拉角获得朝向四元数。

1.计算站心坐标系到模型坐标系的旋转矩阵


//速度归一化
let normal = Cartesian3.normalize(Velocity, new Cartesian3());
//计算模型坐标系的旋转矩阵
let satRotationMatrix = Transforms.rotationMatrixFromPositionVelocity(position, normal, Ellipsoid.WGS84);
//模型坐标系到地面坐标系旋转平移矩阵
let m = Matrix4.fromRotationTranslation(satRotationMatrix, position);
//站心坐标系到地固坐标系的旋转平移矩阵
let m1 = Transforms.eastNorthUpToFixedFrame(position, Ellipsoid.WGS84, new Matrix4());
//站心坐标系到模型坐标系的旋转平移矩阵
let m3 = Matrix4.multiply(Matrix4.inverse(m1, new Matrix4()), m, new Matrix4());

2.计算模型姿态旋转矩阵


rotateX = rotateX || 0;
rotateY = rotateY || 0;
rotateZ = rotateZ || 0;
let heading = rotateZ,
    pitch = rotateY,
    roll = rotateX;
let postureHpr = new HeadingPitchRoll(CMath.toRadians(heading), CMath.toRadians(pitch), CMath.toRadians(roll));
let postureMatrix = Matrix3.fromHeadingPitchRoll(postureHpr);

3.得到最终的旋转矩阵来计算朝向


//3.最终的旋转矩阵
let mat3 = Matrix4.getMatrix3(m3, new Matrix3());
let finalMatrix = Matrix3.multiply(mat3, postureMatrix, new Matrix3());
let quaternion1 = Quaternion.fromRotationMatrix(finalMatrix);
let hpr = HeadingPitchRoll.fromQuaternion(quaternion1);
let q2 = Transforms.headingPitchRollQuaternion(position, hpr);
return q2;

4.获取当前模型的位置


//获得当前时间模型所在的位置
var curPosition = Property.getValueOrUndefined(this._animationModel.position, this._viewer.clock.currentTime, curPosition);
5.获取速度向量
/获得当前时刻的速度向量
this._animationModel.velocityVector = new VelocityVectorProperty(this._animationModel.position, true);
var curVelocityVector = this._animationModel.velocityVector.getValue(this._viewer.clock.currentTime, new Cartesian3());
4.赋值给当前模型使生效
this._animationModel.orientation = getVelocityQuaternion(curPosition, curVelocityVector, this._modelRoll, this._modelPitch, this._modelHeading);

知识补充：

地固坐标系:也叫地心地固直角坐标系。其原点为地球的质心，x轴延伸通过本初子午线（0度经度）和赤道（0deglatitude）的交点。 z轴延伸通过的北极（即，与地球旋转轴重合）。 y轴完成右手坐标系，穿过赤道和90度经度。

站心坐标系站心坐标系以用户所在位置P为坐标原点。

坐标系定义为： X轴：指向东边 Y轴：指向北边 Z轴：指向天顶，飞行器的偏航、俯仰、滚转即是以站心直角坐标系为参考

模型坐标系：模型坐标系以物体的中心为坐标原点，物体旋转、平移等操作都是围绕局部坐标系进行的。这时当物体模型进行旋转、平移等操作时，局部坐标系也执行相应的旋转、平移等操作。局部坐标系是一个假想的坐标系，该坐标系与物体的相对位置至始至终是不变的，假想出这个坐标系的目的主要是为了正向理解对三维场景中物体执行的平移和旋转操作。使用局部坐标系理解模型变换时，所有的变换操作直接作用与局部坐标系，由于局部坐标系与物体的相对位置不变，因此对局部坐标系进行平移、旋转和缩放时，物体在场景中位置和形状也会发生相应的变化。

欧拉角：用一句话说，欧拉角就是物体绕坐标系三个坐标轴(x,y,z轴）的旋转角度。

在这里，坐标系可以是世界坐标系，也可以是物体坐标系，旋转顺序也是任意的，可以是xyz,xzy,yxz,zxy,yzx,zyx中的任何一种。

所以说欧拉角多种多样。欧拉角可分为两种情况：

1，静态：即绕世界坐标系三个轴的旋转，由于物体旋转过程中坐标轴保持静止，所以称为静态。

2，动态：即绕物体坐标系三个轴的旋转，由于物体旋转过程中坐标轴随着物体做相同的转动，所以称为动态。