Cesium中的坐标系及其转换详解

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Cesium是一个强大的3D地理可视化工具，广泛用于显示地球及其上方的空间对象。它的底层实现和功能设计涉及多种坐标系，用于表示和处理地球表面、地球空间以及屏幕空间的不同数据类型。理解这些坐标系以及它们之间的转换，对于高效使用Cesium至关重要。本文将详细讲解Cesium中常见的坐标系以及它们之间的转换。

一、Cesium中的主要坐标系

1. 地心地固坐标系（ECEF: Earth-Centered, Earth-Fixed）

• 定义:
  ECEF是一种地球固定坐标系，原点位于地球质心。X轴指向赤道与本初子午线的交点，Y轴位于赤道面上，与X轴正交，Z轴指向北极。
• 用途:
  用于表示地球固定参考框架下的绝对位置，适合处理全球范围的三维坐标。

2. 地理坐标系（WGS84: World Geodetic System 1984）

• 定义:
  WGS84是一种基于椭球模型的地理坐标系，通常使用经度（Longitude）、纬度（Latitude）和高度（Height）来表示点的位置。

• • 经度: 描述点相对于本初子午线的角度（范围：[-180°, 180°]）。
  • 纬度: 描述点相对于赤道的角度（范围：[-90°, 90°]）。
  • 高度: 描述点相对于椭球面的垂直距离。

• 用途:
  用于表示地球表面点的位置，广泛用于GPS和地理信息系统（GIS）。

3. 局部东北天坐标系（ENU: East-North-Up）

• 定义:
  ENU坐标系是一种局部坐标系，原点通常定义为某个参考点。坐标轴方向为：

• • X轴指向东（East）。
  • Y轴指向北（North）。
  • Z轴指向天顶方向（Up）。

• 用途:
  用于局部空间中表示相对位置，例如无人机或车辆在某一区域内的相对运动。

4. 屏幕坐标系（Screen Coordinates）

• 定义:
  Cesium中的屏幕坐标系是一个二维坐标系，原点位于屏幕左下角。横轴（X）向右，纵轴（Y）向上。
• 用途:
  用于处理用户界面相关的交互和绘制。

5. 世界坐标系（World Coordinates）

• 定义:
  Cesium中还有一种用于渲染的内部世界坐标系，其原点与地心一致，通常以WebGL为基础。
• 用途:
  用于处理3D渲染相关的坐标变换。

二、Cesium中的坐标系转换

Cesium提供了丰富的工具和方法，便于在不同坐标系之间进行转换。以下是常见转换类型及其实现方式。

1. 地理坐标系（WGS84）↔ 地心地固坐标系（ECEF）

转换方法

• 从WGS84转为ECEF:

const cartographic = Cesium.Cartographic.fromDegrees(longitude, latitude, height);
const ecef = Cesium.Cartesian3.fromCartographic(cartographic);

• 从ECEF转为WGS84:

const cartographic = Cesium.Cartographic.fromCartesian(ecef);
const longitude = Cesium.Math.toDegrees(cartographic.longitude);
const latitude = Cesium.Math.toDegrees(cartographic.latitude);
const height = cartographic.height;

应用场景

• 将GPS数据转换为地球中心固定的三维坐标，用于全球范围的空间计算。
• 将三维空间中的点转换回人类可读的经纬度格式。