学习 Cesium (五)：加载离线高程数据
- 前言
- - 本文的测试环境
  - 基本的构建流程
- 获取高程数据
- 高程数据处理
- - 使用 Cesiumlab 制作地形文件
  - 使用 gdal2srtmtiles.py 脚本制作heightmap-1.0 格式地形文件
  - - 安装 Python 2.7
    - 注册 Python 2.7
    - 安装 PIL
    - 安装 GDAL
    - 安装 numpy
    - 安装 GDAL py2.7版
    - 生成 .terrain 数据
  - 使用 Cesium Terrain Builder 工具制作 Quantized-Mesh-1.0 格式地形文件
  - - 源码编译安装及使用
    - - 准备
      - 编译安装GDAL
      - 编译安装zlib
      - 编译CTB
      - 使用 CTB
    - Docker 安装 CTB 及使用
- 集成到Cesium

学习 Cesium (五)：加载离线高程数据

前言

通过前面的学习，Cesium 最基本的应用已经可以了。但是，在实际项目中我们还需要加入高程数据，才能显示真实的地形。下面我就一步一步介绍如何加载真实的高程数据。

本文的测试环境

OS: Window 10 家庭版
Cesium: v1.78.0
Web Browser: Chrome v88.0.4324.150

基本的构建流程

#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .label{font-family:'trebuchet ms', verdana, arial;font-family:var(--mermaid-font-family);fill:#333;color:#333}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .label text{fill:#333}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .node rect,#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .node circle,#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .node ellipse,#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .node polygon,#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370db;stroke-width:1px}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .node .label{text-align:center;fill:#333}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .node.clickable{cursor:pointer}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .arrowheadPath{fill:#333}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .edgePath .path{stroke:#333;stroke-width:1.5px}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .flowchart-link{stroke:#333;fill:none}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .edgeLabel{background-color:#e8e8e8;text-align:center}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .edgeLabel rect{opacity:0.9}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .edgeLabel 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verdana, arial;font-family:var(--mermaid-font-family)}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .section{stroke:none;opacity:0.2}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .section0{fill:rgba(102,102,255,0.49)}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .section2{fill:#fff400}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .section1,#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .section3{fill:#fff;opacity:0.2}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .sectionTitle0{fill:#333}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .sectionTitle1{fill:#333}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .sectionTitle2{fill:#333}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .sectionTitle3{fill:#333}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .sectionTitle{text-anchor:start;font-size:11px;text-height:14px;font-family:'trebuchet ms', verdana, arial;font-family:var(--mermaid-font-family)}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .grid .tick{stroke:#d3d3d3;opacity:0.8;shape-rendering:crispEdges}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .grid .tick text{font-family:'trebuchet ms', verdana, arial;font-family:var(--mermaid-font-family)}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .grid 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.statediagram-cluster.statediagram-cluster-alt .inner{fill:#e0e0e0}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .statediagram-cluster .inner{rx:0;ry:0}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .statediagram-state rect.basic{rx:5px;ry:5px}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .statediagram-state rect.divider{stroke-dasharray:10,10;fill:#efefef}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .note-edge{stroke-dasharray:5}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .statediagram-note rect{fill:#fff5ad;stroke:#aa3;stroke-width:1px;rx:0;ry:0}:root{--mermaid-font-family: '"trebuchet ms", verdana, arial';--mermaid-font-family: "Comic Sans MS", "Comic Sans", cursive}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .error-icon{fill:#522}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .error-text{fill:#522;stroke:#522}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .edge-thickness-normal{stroke-width:2px}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .marker{fill:#333}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH .marker.cross{stroke:#333}:root { --mermaid-font-family: "trebuchet ms", verdana, arial;}#mermaid-svg-IZqpAUFMTnctixjH {color: rgba(0, 0, 0, 0.75);font: ;}

获取源 DEM 文件如 SRTM 的 tif 文件

使用 tif 文件生成地形瓦片

托管静态瓦片资源

配置 Cesium TerrainProvider

获取高程数据

高程数据从哪里来呢？现在市面上有些卫星地图下载软件，比如水经注、BIGEMAP等，其中一些也包含高程数据下载。我没有试过，具体好不好用不清楚。也可以到CGIAR CSI的网站下载。

这里介绍最原始的方法，就是去 NASA 的 EarthData 网站下载。这里有很多全球地理数据，大家可以找自己想要的下载。

我这里选择了 ASTGTM v003 的数据，可以在这个网址 https://lpdaac.usgs.gov/products/astgtmv003/ 查看。
点击页面的【ACCESS DATA】按钮，在弹出对话框中可以看到有多种下载方式。我选择了从 NASA Earthdata Search 下载。
点击弹出窗口 NASA Earthdata Search 的【Download Data】按钮，进入下载流程。这里提醒需要先注册 Earthdata 的账户。请注册登录账户后进行下载。建议选用脚本的方式下载，因为是国外网站，数据量大，经常会因为网络不稳定导致下载中断。使用脚本可以在中断后重新执行脚本，继续下载。

高程数据处理

高程数据一般是 .tif 文件格式，在应用到 Cesium 前，需要将其转换成瓦片文件。cesium目前支持的格式有下面的两种地形格式，分别是：

Quantized-Mesh(推荐使用)
HeightMap

在heightmap 1.0 terrain format说明页面上，官方明确指出这种格式已经废弃了，推荐使用quantized-mesh。

地形文件制作有三种途径：

使用 Cesium 实验室的 Cesiumlab2 工具进行处理，开箱即用。
使用 gdal2srtmtiles.py 脚本进行处理，需要安装依赖工具库。
使用 Cesium Terrain Builder 开源工具进行处理，需要编译安装相关软件。

使用 Cesiumlab 制作地形文件

下载 Cesiumlab 安装文件，我使用的的 Cesiumlab v2.0.8 版本。
注册账户，登录使用。

该软件可生产 Quantized-Mesh 和 HeightMap 两种格式的地形文件。软件界面友好，详细制作过程无需说明，在此略过。

使用 gdal2srtmtiles.py 脚本制作heightmap-1.0 格式地形文件

请先下载工具包 https://download.csdn.net/download/LeoOthello/15911813 ，可将文件解压到 C:\terrain 目录下。

安装 Python 2.7

双击安装 T1-python-2.7.11.msi，默认即可。默认安装到 C:\Python27，安装完成后配
置环境变量，在系统环境变量 path 中添加 C:\Python27 。

注册 Python 2.7

在 cmd 控制台执行

> python C:\terrain\T2-reg.py

执行成功后会提示

=== Python 2.7 is now registered!

安装 PIL

双击安装 T3-PIL-1.1.7.win32-py2.7.exe 程序，默认即可。

安装 GDAL

双击安装 T4-gdal-111-1800-core.msi 程序，默认即可。如果默认安装路径为
C:\Program Files (x86)\GDAL\ ，增加或修改系统环境变量：

增加环境变量 GDAL_DATA 值为 C:\Program Files (x86)\GDAL\gdal-data\
修改环境变量 path，在 path 中增加 C:\Program Files (x86)\GDAL 。

安装 numpy

双击安装 T5-numpy-1.8.1-win32-superpack-python2.7.exe 程序，默认即可。

安装 GDAL py2.7版

双击安装 T6-GDAL-1.11.4.win32-py2.7.msi 程序，默认即可。

生成 .terrain 数据

拷贝 T7-gdal2srtmtiles-demo.py 文件，将克隆文件改名为 T7-gdal2srtmtiles.py 。
打开 T7-gdal2srtmtiles.py 进行编辑，找到文档最后
面几行（第 2592 行），修改 T7-gdal2srtmtiles.py 的位置为你机器上的位置，修改
tif 的位置和输出文件的位置。-z 后面可以输入生成的级数如 0-8 或 0-15 等，级数越大越慢。修改完成后保存。
在 cmd 中输入

python  C:\terrain\T7-gdal2srtmtiles.py

如果不报错，应该休息片刻就可以看生成的文件了。生成的文件每个目录下都有.terrain,.hdr,.kml 三种文件，我们只用到.terrain 文件。
4. 拷贝“覆盖至生成 tiles 结果”目录中的 layer.json 文件和 0 文件夹至生成结果目录下，比如我当前是 terrain_tiles 目录下。
5. 目前这套工具只能处理单个 tif 文件，如果涉及多个 tif 文件，可将每次生成的 terrain_tiles 文件夹覆盖添加到一个文件夹中。

使用 Cesium Terrain Builder 工具制作 Quantized-Mesh-1.0 格式地形文件

在 Cesium Terrain Builder 的网页上介绍了两种使用该工具的方式。一种是源码编译安装，一种是使用 Docker 安装 CTB 的镜像文件。下面进行分别介绍。

源码编译安装及使用

准备

下载 CTB 工具源文件
安装 VS2015
安装 CMake
下载依赖库 GDAL 源文件 https://download.osgeo.org/gdal/2.4.4/gdal-2.4.4.tar.gz
下载依赖库 zlib 压缩包 http://zlib.net/zlib1211.zip

编译安装GDAL

解压gdal压缩包
进入解压后的目录，修改./nmake.opt文件（最好使用vs2015打开），将57行的GDAL_HOME改成解压后的GDAL的实际路径，将191行的#WIN64=YES改为WIN64=YES（即把#去掉）。
管理员运行x64 Native Tools Command Prompt for VS 2015工具，输入

nmake -f makefile.vc MSVC_VER=1900 WIN64=1

开始编译，喝杯咖啡，完成后，依次输入

nmake -f makefile.vc install
nmake -f makefile.vc devinstall

最后，配置环境变量，将./data配置为GDAL_DATA。

编译安装zlib

解压zlib压缩包
使用管理员打开vs2015，然后打开./contrib/vstudio/vc14/zlibvc.sln解决方案，解决方案配置改为release，平台改为x64，右键zlibvc项目，找到生成事件，把命令行的bat文件路径改成绝对路径，最后直接右键解决方案，选择生成。
创建include和lib/release/x64目录，复制./zconf.h、./zlib.h到include目录下；复制./contrib/vstudio/vc14/x64/ZlibDllRelease/zlibwapi.dll、./contrib/vstudio/vc14/x64/ZlibDllRelease/zlibwapi.lib到x64目录下。

编译CTB

打开 cmake gui，配置 source code 路径到 /path/to/cesium-terrain-builder/src。
在 cesium-terrain-builder 目录下创建 build 目录，配置 cmake 的 build 路径到该目录，勾选Advanced。
点击 Configure 按钮。
配置 GDAL_INCLUDE_DIR 为GDAL编译后的 include 文件夹，GDAL_LIBRARY 为 GDAL 编译后的.lib文件。
配置 ZLIB_INCLUDE_DIR 是 zlib 动态库所在文件夹，ZLIB_LIBRARY_DEBUG , ZLIB_LIBRARY_RELEASE 是 zlib 的 .lib 文件。
选择编译平台为 MSVC2015，然后点击 Generate，即可在build路径下生成 MSVC2015 的 sln 工程文件。
点击 Open Project ，使用 VS2015 打开项目。
右键 ALL_BUILD 项目，点击生成。
创建 bin 文件夹，将 build/src/Release、build/tools/Release 两个文件夹下的所有文件拷贝到 bin 文件夹里；将 gdal、zlib 等 dll 拷贝到 bin 文件夹里。将 gdal 的工具 gdalbuildvrt.exe 文件拷贝到 bin 文件夹里。

PS: CTB工具生成的 Quantized-Mesh 地形文件默认是 gzip 压缩的 terrain 文件。这种文件在下面的集成中会报错找不到文件。因此，在编译 CTB 工具前需要对源代码进行修改。

使用 CTB

测试 CTB

> tile-info.exe --version

使用 gdalbuildvrt.exe 工具，将多个 tif 文件合并为 vrt 文件

> gdalbuildvrt.exe D:/temp/temp.vrt D:/temp/N29E106.tif

使用 CTB，命令如下

> ctb-tile -o D:/temp/terrain_tiles -f Mesh D:/temp/temp.vrt -c 4

生成 layer.json 文件，命令如下

> ctb-tile -o D:/temp/terrain_tiles -f Mesh D:/temp/temp.vrt -c 1 -l

Docker 安装 CTB 及使用

安装 Docker Desktop
启动 Docker ，拉取 CTB 镜像

$ docker pull tumgis/ctb-quantized-mesh

创建一个新容器，启动 ctb 环境

$ docker run -v D:/temp:/data -ti -i tumgis/ctb-quantized-mesh:latest bash

合并tiffs，生成.vrt文件

/data# gdalbuildvrt ./temp.vrt ./*.tif

运行ctb-tile生成瓦片

/data# ctb-tile -f Mesh -C -N -v -o ./terrain_tiles ./temp.vrt

最后创建Cesium layer.json描述文件

/data# ctb-tile -f Mesh -C -N -v -o ./terrain_tiles ./temp.vrt -l

如前所述，这个镜像版生成的 Quantized-Mesh 格式地形文件也是 gzip 压缩过的。

集成到Cesium

将高程数据 terrain_tiles 文件夹放在 HelloWorld 项目目录的 Assets 目录下。
在 Cesium 应用代码中添加地形提供者 terrainProvider。

    // 创建地形提供者var terrainProvider=new Cesium.CesiumTerrainProvider({url: Cesium.buildModuleUrl("Assets/terrain_tiles") // 指定地形文件的路径});// 在观察器中指定地形提供者let viewer = new Cesium.Viewer("cesiumContainer",{geocoder:false, // 关闭查找位置工具homeButton:false, // 禁用Home按钮sceneModePicker:false, // 禁用视景模式拾取器baseLayerPicker:false, // 禁用数据层拾取器terrainProvider:terrainProvider, // 启用地形提供者navigationHelpButton:false, // 禁用导航按钮animation:false, // 禁用动画部件timeline:false, // 禁用时间线fullscreenButton:false, // 禁用全屏按钮// 使用自带的离线影像作为纹理贴图imageryProvider: new Cesium.TileMapServiceImageryProvider({url: Cesium.buildModuleUrl("Assets/TMS/tiles")}),});

HeightMap 格式地形的最终效果如下图
Quantized-Mesh 格式地形的最终效果如下图