WebGIS面试题（第九期）

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：

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. 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。

6. 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。

7. 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。

1. 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）。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. 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：

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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

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