设置与地面不同坐标轴垂直的面

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在三维地理信息系统（GIS）中，Cesium是一个强大的WebGL地球引擎，广泛用于可视化3D地图数据和地理信息。Cesium提供了多种几何体绘制方法，其中平面是非常常见的一种。本文将详细介绍如何在Cesium中创建与地面不同坐标轴垂直的平面，并阐述相关概念和代码实现。

Cesium坐标系与平面概述

Cesium使用的是一种基于地球椭球体的坐标系，通常被称为WGS84坐标系。这个坐标系是一个右手坐标系：

• X轴：指向东，沿赤道。
• Y轴：指向北，沿赤道。
• Z轴：指向天顶，沿地球的旋转轴。

在Cesium中，我们常常使用笛卡尔坐标系（Cartesian3）来表示空间中的点。笛卡尔坐标系中的坐标通常由 (X, Y, Z) 三个分量表示，这些分量可以描述任何三维点在地球表面或空间中的位置。

平面在Cesium中是由两个主要属性定义的：

• 平面的法向量（normal vector）：决定了平面与其他物体或坐标系的相对关系，定义了面垂直的方向。
• 平面的尺寸（dimensions）：定义平面的长宽。

在Cesium中，平面的位置和方向是通过位置坐标和法向量来定义的，可以与任意的坐标轴（X、Y或Z轴）垂直，创建多种方向的平面。

如何设置与地面不同坐标轴垂直的平面

在Cesium中，创建平面时，我们可以通过Cesium.Plane来定义平面的法向量。法向量的选择直接决定了平面是与哪个坐标轴垂直的。以下是几个示例，我们将详细分析每个代码段，讲解如何设置平面与不同坐标轴垂直。

1. 设置与Z轴垂直的平面

const plane = viewer.entities.add({
  position: Cesium.Cartesian3.fromDegrees(120.0, 30.0, 0), // 设定位置
  plane: {
    plane: new Cesium.Plane(Cesium.Cartesian3.UNIT_Z, 0), // 法向量与Z轴一致
    dimensions: new Cesium.Cartesian2(500000.0, 500000.0), // 设置平面的尺寸
    material: Cesium.Color.RED.withAlpha(0.5), // 设置材质
    outline: true, // 启用轮廓
    outlineColor: Cesium.Color.BLACK // 轮廓颜色
  }
});

在这个例子中，我们创建了一个与Z轴垂直的平面：

• Cesium.Plane(Cesium.Cartesian3.UNIT_Z, 0)：平面的法向量与Z轴一致，意味着平面是水平的，位于地面上（海平面）。
• position设定了平面的位置，指定经纬度为 (120.0, 30.0)，高度为 0（即海平面）。
• dimensions定义了平面的大小，500公里的长和宽。

2. 设置与X轴垂直的平面

const plane2 = viewer.entities.add({
  position: Cesium.Cartesian3.fromDegrees(125.0, 30.0, 250000), // 高度较高
  plane: {
    plane: new Cesium.Plane(Cesium.Cartesian3.UNIT_X, 0), // 法向量与X轴一致
    dimensions: new Cesium.Cartesian2(500000.0, 500000.0), // 设置平面的尺寸
    material: Cesium.Color.RED.withAlpha(0.5), // 设置材质
    outline: true, // 启用轮廓
    outlineColor: Cesium.Color.BLACK // 轮廓颜色
  }
});

在这个例子中，我们创建了一个与X轴垂直的平面：

• Cesium.Plane(Cesium.Cartesian3.UNIT_X, 0)：平面的法向量与X轴一致，意味着平面垂直于地球表面，并指向东西方向。
• position设定了平面的位置，指定经纬度为 (125.0, 30.0)，高度为 250000，即平面被放置在地面上方250公里。
• dimensions同样设定为500公里的长宽，平面尺寸较大。

3. 设置与Y轴垂直的平面

const plane3 = viewer.entities.add({
  position: Cesium.Cartesian3.fromDegrees(130.0, 30.0, 250000), // 高度较高
  plane: {
    plane: new Cesium.Plane(Cesium.Cartesian3.UNIT_Y, 0), // 法向量与Y轴一致
    dimensions: new Cesium.Cartesian2(500000.0, 500000.0), // 设置平面的尺寸
    material: Cesium.Color.RED.withAlpha(0.5), // 设置材质
    outline: true, // 启用轮廓
    outlineColor: Cesium.Color.BLACK // 轮廓颜色
  }
});

在这个例子中，我们创建了一个与Y轴垂直的平面：

• Cesium.Plane(Cesium.Cartesian3.UNIT_Y, 0)：平面的法向量与Y轴一致，意味着平面垂直于地球表面，并指向南北方向。
• position设定了平面的位置，指定经纬度为 (130.0, 30.0)，高度为 250000，即平面位于地面上方250公里。
• dimensions设定平面为500公里的长宽。

平面与坐标轴垂直的应用场景

在实际应用中，创建与不同坐标轴垂直的平面有很多用途：

1. 展示区域范围：通过设置与地面平行的平面，可以用来表示一个地理区域的范围或标注范围。
2. 建模与视觉效果：使用与X、Y或Z轴垂直的平面，可以用于展示三维模型的不同视角，尤其是在建筑可视化和城市建模中。
3. 空间分析：平面可以作为空间分析的基准，用于计算对象与地面、不同高度、不同方向之间的关系。

总结

在Cesium中，使用平面对象可以很方便地创建与不同坐标轴垂直的平面，通过设置平面的法向量和位置，可以灵活地调整平面的方向与高度。理解这些基本概念后，可以更好地在三维空间中进行建模、分析和可视化。通过本文的讲解，相信你已经掌握了如何创建不同方向的平面，并可以将这些技巧应用于实际项目中。