WebGIS面试题（第九期）

[TOC]

1、如何使用ArcGIS进行GIS坐标系转换？

在ArcGIS中进行GIS坐标系转换通常涉及以下步骤：

定义坐标系：首先，确保你的数据具有正确的坐标系定义。如果数据没有定义坐标系，你需要使用“定义投影”工具来指定正确的坐标系。
选择转换工具：根据你的数据类型（矢量或栅格），选择相应的转换工具。对于矢量数据，使用“投影”工具；对于栅格数据，使用“投影栅格”工具。
设置转换参数：在进行坐标系转换时，可能需要指定“地理转换”参数。这个参数取决于你的数据是否涉及不同的地理坐标系。如果ArcGIS已知二者之间的转换方法，则该参数是可选的；如果未知，则必须自定义转换方法。
使用自定义地理变换：如果ArcGIS不提供所需的坐标系转换方法，你可以使用“创建自定义地理变换”工具来创建新的转换方法。这通常涉及到三参数或七参数变换，其中七参数变换提供了更高精度的转换。
执行转换：设置好所有参数后，运行转换工具。转换过程可能需要一些时间，具体取决于数据的大小和复杂性。
验证结果：转换完成后，检查结果的准确性。你可以通过与已知坐标的点进行比较来验证转换的精度。
保存和输出：一旦确认转换结果无误，保存转换后的数据，并根据需要进行进一步的分析或编辑。

2、Cesium中的Cartesian3坐标系的原点在哪里？它的轴是如何定义的？

Cartesian3坐标系的原点位于地球中心，通常用作地球的质心。X轴指向东经0度、北纬0度的方向；Y轴指向东经90度、北纬0度的方向；Z轴指向东经0度、北纬90度的方向

3、如何在Cesium中使用矩阵进行坐标系转换。

建立转换矩阵：首先，需要建立一个从局部坐标系到世界坐标系（或反之）的转换矩阵。这通常涉及到使用Cesium.Transforms.eastNorthUpToFixedFrame方法，该方法以一个世界坐标系中的点为基础，创建一个局部坐标系，其中x轴指向东，y轴指向北，z轴指向上（通常是椭球体的法线方向）。
使用矩阵进行转换：一旦有了转换矩阵，就可以使用Cesium.Matrix4.multiplyByPoint或Cesium.Matrix4.multiplyByVector方法来将点或向量从局部坐标系转换到世界坐标系，或者进行反向转换。
转换经纬度坐标：如果需要在世界坐标系（WGS84）和笛卡尔坐标系之间转换，可以使用Cesium.Cartesian3.fromDegrees或Cesium.Cartesian3.fromRadians方法将经纬度坐标转换为笛卡尔坐标。反向转换可以使用Cesium.Cartographic.fromCartesian方法。
局部坐标系转换：在处理局部坐标系（如模型或地形的局部坐标系）时，你可能需要将局部坐标转换为全局坐标系中的点。这可以通过将局部坐标乘以模型矩阵来实现，模型矩阵可以从实体的模型中获取。
优化转换性能：在进行大量的坐标转换时，考虑性能优化是非常重要的。Cesium提供了一些工具和方法来减少计算量，例如使用Cesium.Transforms.eastNorthUpToFixedFrame来创建一个高效的转换矩阵，该矩阵可以直接应用于多个坐标点。

4、在Cesium中，如何将屏幕坐标转换为地球表面的坐标？

在Cesium中，将屏幕坐标（通常是鼠标点击位置）转换为地球表面的坐标（如经纬度坐标）的过程通常涉及到以下几个步骤：

获取屏幕坐标：首先需要获取用户的点击位置，这通常是通过监听LEFT_CLICK事件来完成的。
将屏幕坐标转换为归一化的设备坐标：将屏幕坐标转换为归一化的设备坐标（normalized device coordinates），这是相对于屏幕尺寸的一个比例坐标。
使用相机的光线投射功能：利用Cesium中的camera.pickEllipsoid方法，从归一化的设备坐标发射一条光线，这条光线会穿过地球模型，直到与地球相交的第一个点。
获取交点的地理坐标：最后，将得到的交点坐标从笛卡尔坐标系（3D直角坐标系）转换为地理坐标系（经纬度坐标）。

下面是具体的JavaScript代码示例：

// 获取屏幕坐标
var handler = new Cesium.ScreenSpaceEventHandler(viewer.scene.canvas);

handler.setInputAction(function(click) {
    // 获取点击位置的屏幕坐标
    var screenPosition = click.position;

    // 创建一个Ray对象，表示从摄像机发出的光线
    var ray = viewer.camera.getPickRay(screenPosition);

    // 使用pickEllipsoid方法找到光线与地球椭球体的交点
    var cartesian3 = viewer.scene.globe.pick(ray, viewer.scene);

    // 检查是否找到了交点
    if (Cesium.defined(cartesian3)) {
        // 将笛卡尔坐标转换为地理坐标
        var cartographic = Cesium.Cartographic.fromCartesian(cartesian3);

        // 将地理坐标（弧度）转换为经纬度（度）
        var longitude = Cesium.Math.toDegrees(cartographic.longitude);
        var latitude = Cesium.Math.toDegrees(cartographic.latitude);
        var height = cartographic.height;

        // 输出结果
        console.log("经度: " + longitude + ", 纬度: " + latitude + ", 高度: " + height);
    }
}, Cesium.ScreenSpaceEventType.LEFT_CLICK);

在这个示例中：

screenPosition 是点击位置的屏幕坐标。
ray 是从摄像机发出的一条光线。
viewer.scene.globe.pick 方法用于找到光线与地球椭球体的交点。
Cesium.Cartographic.fromCartesian 方法将笛卡尔坐标转换为地理坐标。
Cesium.Math.toDegrees 方法将弧度转换为度数。

这段代码将会打印出点击位置的经纬度坐标和高度。

5、Cesium 中的 Cartesian3 和 Cartographic 有什么区别？

Cartesian3：笛卡尔坐标系，使用 x, y, z 三个维度来表示物体在空间中的位置，单位为米。

Cartographic：地理坐标系，使用经度、纬度和高度来表示物体在地球表面的位置，经纬度单位为度，高度单位为米。

6、Cesium 中的地心坐标系（ECI）与地固坐标系（ECEF）有什么区别？

ECI（Earth-Centered Inertial）：地心惯性坐标系，与地球的自转无关，是惯性参考系。

ECEF（Earth-Centered Earth-Fixed）：地固坐标系，固定在地球上，随着地球的自转而转动，是 Cesium 中常用的坐标系。

7、Cesium 中为什么采用 WGS84 坐标系？

WGS84 是全球使用的标准地理坐标系统，具有高度的精度和广泛的使用范围，Cesium 使用它来确保兼容性和一致性。

8、如何处理 Cesium 中的坐标系漂移问题？

Cesium 提供了一些工具来减少坐标精度的影响，例如使用 relativeToCenter 来处理相对坐标，以避免精度损失。

9、如果要将一个在本地坐标系下的模型加载到 Cesium 中，并且要正确定位在地球表面，需要考虑哪些坐标系相关的问题？

需要考虑本地坐标系与 Cesium 坐标系的转换关系，可能需要知道模型在本地坐标系中的位置、旋转、缩放等信息，并通过合适的方法转换到 Cesium 的世界坐标系中。

详细：

在将一个本地坐标系下的模型加载到 Cesium 中并正确定位在地球表面时，需要考虑以下坐标系相关的问题：

1. 本地坐标系与全球坐标系的转换

本地坐标系：通常是指模型在局部的平面或三维坐标系下（如建筑物或小区域的局部坐标），通常以模型中心或某一特定点作为原点。
全球坐标系：Cesium 使用的全球坐标系是地球固定坐标系 (ECEF - Earth-Centered Earth-Fixed)，即地球椭球体中心为原点的笛卡尔坐标系。

将本地坐标系下的模型放置到 Cesium 中的全球坐标系下，需要对模型的原点位置进行转换，并考虑旋转和缩放问题。

2. 坐标系原点的转换

本地坐标系的原点需要映射到地球上的某一特定位置。这个位置通常通过经纬度（longitude 和 latitude）以及高度（height）来指定。
方法：使用 Cesium.Cartesian3.fromDegrees(longitude, latitude, height) 将经纬度和高度转换为 Cesium 的全球笛卡尔坐标。
var modelPosition = Cesium.Cartesian3.fromDegrees(longitude, latitude, height);

3. 模型的旋转

本地坐标系的方向通常不符合地球坐标系的方向（东、北、上）。需要考虑模型的旋转角度：

轴的对齐：Cesium 的地球坐标系使用的是 ECEF 坐标系（x 向量指向赤道上的本初子午线方向，z 向量指向北极），而模型可能使用其他轴定义。
调整旋转矩阵：可以通过给模型添加旋转矩阵或四元数来调整模型的姿态。Cesium 提供了 Matrix4 和 Quaternion 来进行矩阵变换和旋转。

例如，可以使用 Cesium.Transforms.headingPitchRollQuaternion 根据模型的朝向角（heading）、俯仰角（pitch）、滚动角（roll）进行姿态调整：

var orientation = Cesium.Transforms.headingPitchRollQuaternion(
    modelPosition,
    new Cesium.HeadingPitchRoll(heading, pitch, roll)
);

4. 缩放问题

本地坐标系中的模型可能需要根据其实际大小进行缩放，以确保在全球坐标系中的正确尺寸。

Cesium 支持通过 scale 属性设置模型的缩放因子。例如：
model.scale = 2.0; // 将模型放大 2 倍

5. 地球曲率的影响

本地坐标系通常是平面的，但在 Cesium 中模型是放置在曲面的地球椭球体上。如果模型覆盖的区域较大，则需要考虑地球曲率的影响，可能需要对模型的平面坐标进行变换，使其适应地球的球形表面。

6. 模型的局部平移和旋转

如果模型在本地坐标系中有相对的平移或旋转，可以通过 Cesium 的 ModelMatrix 来处理这些局部变换：

平移：如果需要对模型在本地坐标系中进行相对的平移，可以调整模型的 ModelMatrix 来实现。
局部旋转：通过修改 ModelMatrix 进行局部旋转，保持模型的相对方向。

7. Cesium 中的 `ModelMatrix`

Cesium 中的 ModelMatrix 可以用来定义模型的位置、旋转和缩放变换。你可以根据上述经纬度、旋转和缩放信息设置模型的矩阵。例如：

var modelMatrix = Cesium.Transforms.eastNorthUpToFixedFrame(modelPosition);
var model = viewer.scene.primitives.add(Cesium.Model.fromGltf({
    url : 'model.gltf',
    modelMatrix : modelMatrix,
    scale: 1.0
}));

8. 高程数据的处理

如果模型的位置需要精确匹配地形，可以考虑使用 Cesium 的高程数据服务，通过 sampleTerrain 方法来查询特定经纬度的地形高度：

var terrainProvider = Cesium.createWorldTerrain();
Cesium.sampleTerrain(terrainProvider, 11, [cartographic]).then(function(updatedPositions) {
    var height = updatedPositions[0].height;
});

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