rust的学习笔记

电气化、自动化、数字化、智能化、智慧化

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开源深度学习计算平台ImJoy解析:12 -- 基于web的绘图库OpenLayers

简介

ImJoy有一个很有用的插件或独立应用,叫做Kaibu,它可以展示普通的位图、矢量图及vtk、stl等3D格式的数据。
比如如下展示:
kaibu
其就是位图(png格式)、矢量图(json格式)、3D模型(stl格式)的一个叠加。

Kaibu主要用了两个JS库,一个是OpenLayers,一个是ITK-VTK,前者用于展示矢量图形、普通位图等数据,且对地图的展示异常强大,后者用于展示在医疗及科学计算中常用的3D图像、网格、点集等。

这一篇主要介绍OpenLayers的相关知识。

配置环境

OpenLayers workshop releases里下载最新的资料包。
安装依赖:

1
npm install

启动:
1
npm start

这会启动一个开发服务器。可以通过http://localhost:1234查看一个“欢迎”的弹出窗口,以及http://localhost:1234/doc/查看说明文档。

开发入门

这一部分会通过OpenLayers map来创建一个简单的web页面。
在OpenLayers中,一个map是在web页面中被渲染的一系列“层”layers的集合。OpenLayers支持很多种layers:
(1)针对平铺光栅切片数据的Tile layer;
(2)针对位图图像的Image layer;
(3)针对矢量数据的Vector layer;
(4)针对平铺矢量切片数据的Vector tile layer。
除了这些layers,一个map还可以通过一系列的控制(即在map上面的UI元素)和交互(即与map进行交互反馈的部件)来进行配置。
为了创建一个map,需要通过HTML中的元素来创建(如一个<div>元素),以及一些样式来指定合适的尺寸。

HTML页面

将项目根目录中的index.html里的内容替换为如下代码(注释写在了代码中):

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<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>OpenLayers</title>
<style>
/*引入OpenLayers的样式*/
@import "node_modules/ol/ol.css";
</style>
<style>
/*该部分样式使得map容器完全充满整个页面*/
html, body, #map-container {
margin: 0;
height: 100%;
width: 100%;
font-family: sans-serif;
}
</style>
</head>
<body>
<!-- 该div标签是map的渲染容器 -->
<div id="map-container"></div>
<!-- 引入相关的js代码 -->
<script src="./main.js" type="module"></script>
</body>
</html>

具体应用

将项目根目录中的main.js里的内容替换为如下代码:

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// 从OpenLayers中导入必要的模块
import OSM from 'ol/source/OSM';
import TileLayer from 'ol/layer/Tile';
import {Map, View} from 'ol';
import {fromLonLat} from 'ol/proj';

// 创建一个Map对象
new Map({
// 目标是HTML中的那个div元素
target: 'map-container',
layers: [
// 具体的layer是使用了Tile Layer
new TileLayer({
source: new OSM(),
}),
],
// view定义了初始的中心点和缩放比例
view: new View({
// 中心点的指定是通过fromLonLat函数获取地理坐标
center: fromLonLat([0, 0]),
zoom: 2,
}),
});

效果

此时打开http://localhost:1234,会看到世界地图:
basic

矢量数据

在这一部分,将会创建一个可以操作矢量数据的编辑器,使得用户可以导入数据、绘制形状、修改已有形状及导出结果等。
本部分会使用GeoJSON数据,不过OpenLayers支持其他大量的矢量数据格式。

渲染GeoJSON

在开发编辑功能之前,先看一下基本的对矢量数据的渲染功能。
在项目的data路径下有一个名为countries.json的GeoJSON文件,这里将加载该数据并在地图上渲染出来。
首先,编辑一下刚才的index.html,这里新加一行控制背景颜色的代码:

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<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>OpenLayers</title>
<style>
@import "node_modules/ol/ol.css";
</style>
<style>
html, body, #map-container {
margin: 0;
height: 100%;
width: 100%;
font-family: sans-serif;
/*新加了这一行来控制背景颜色*/
background-color: #04041b;
}
</style>
</head>
<body>
<div id="map-container"></div>
<script src="./main.js" type="module"></script>
</body>
</html>

然后将main.js中的内容替换为如下代码:
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// 导入GeoJSON包来读写该格式的数据
import GeoJSON from 'ol/format/GeoJSON';
import Map from 'ol/Map';
import VectorLayer from 'ol/layer/Vector';
import VectorSource from 'ol/source/Vector';
import View from 'ol/View';

new Map({
target: 'map-container',
layers: [
// layer使用的是处理和渲染矢量数据的VectorLayer
new VectorLayer({
// VectorSource用来获取GeoJSON数据,并管理空间索引
source: new VectorSource({
format: new GeoJSON(),
// 导入data目录下的JSON文件
url: './data/countries.json',
}),
}),
],
view: new View({
center: [0, 0],
zoom: 2,
}),
});

效果如下:
json

因为我们会重载这个页面很多次,目前代码下每次重载页面都会回到初始的view方式,即初始的中心点和缩放大小。如果能每次重载都能保持map在相同的位置就能节省很多人力。
此时可以借助ol-hashed包实现,修改代码如下:

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import GeoJSON from 'ol/format/GeoJSON';
import Map from 'ol/Map';
import VectorLayer from 'ol/layer/Vector';
import VectorSource from 'ol/source/Vector';
import View from 'ol/View';
// 导入ol-hashed包
import sync from 'ol-hashed';

// 将Map对象分配到一个变量上
const map = new Map({
target: 'map-container',
layers: [
new VectorLayer({
source: new VectorSource({
format: new GeoJSON(),
url: './data/countries.json',
}),
}),
],
view: new View({
center: [0, 0],
zoom: 2,
}),
});

// 将上面的变量传递给sync函数
sync(map);

此时,你会发现,将地图移动和缩放到某一特定程度后,下次重新载入代码仍然保持该视角不变。

拖放

对于要实现的编辑器,想要允许用户能够导入自己的数据进行编辑。为此,这里将添加DragAndDrop功能。
跟以前一样,这里仍只处理GeoJSON这种数据,不过该交互也支持其他类型的数据格式。
修改main.js为:

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import GeoJSON from 'ol/format/GeoJSON';
import Map from 'ol/Map';
import VectorLayer from 'ol/layer/Vector';
import VectorSource from 'ol/source/Vector';
import View from 'ol/View';
import sync from 'ol-hashed';
// 导入DragAndDrop包
import DragAndDrop from 'ol/interaction/DragAndDrop';

// 定义一个Map对象,只指定它的目标和视图
const map = new Map({
target: 'map-container',
view: new View({
center: [0, 0],
zoom: 2,
}),
});

sync(map);

// 创建数据源VectorSource,但是里面没有任何数据
const source = new VectorSource();

// 创建VectorLayer,里面的source传入上面定义的空的source
const layer = new VectorLayer({
source: source,
});
// 将layer添加到map中
map.addLayer(layer);

// 对map添加拖放交互
map.addInteraction(
new DragAndDrop({
// 将拖放动作作用在Vector Source上
source: source,
// 指定GeoJSON格式
formatConstructors: [GeoJSON],
})
);

此时就能将GeoJSON文件拖放到该页面上,从而进行渲染。

修改特征

现在可以将数据拖放到编辑器中,下面是添加“修改”功能。
实现方式是使用Modify交互。
修改main.js为:

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import DragAndDrop from 'ol/interaction/DragAndDrop';
import GeoJSON from 'ol/format/GeoJSON';
import Map from 'ol/Map';
// 导入Modify包
import Modify from 'ol/interaction/Modify';
import VectorLayer from 'ol/layer/Vector';
import VectorSource from 'ol/source/Vector';
import View from 'ol/View';
import sync from 'ol-hashed';

const map = new Map({
target: 'map-container',
view: new View({
center: [0, 0],
zoom: 2,
}),
});

sync(map);

const source = new VectorSource();

const layer = new VectorLayer({
source: source,
});
map.addLayer(layer);

map.addInteraction(
new DragAndDrop({
source: source,
formatConstructors: [GeoJSON],
})
);

// 在map上添加Modify交互,并配置交互对象
map.addInteraction(
new Modify({
source: source,
})
);

此时就可以拖动顶点来修改特征。也可以使用Alt+Click来删除顶点。

绘制特征

接下来添加Draw交互来使得用户可以绘制新的特征,并添加到数据中。

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import DragAndDrop from 'ol/interaction/DragAndDrop';
// 导入Draw包
import Draw from 'ol/interaction/Draw';
import GeoJSON from 'ol/format/GeoJSON';
import Map from 'ol/Map';
import Modify from 'ol/interaction/Modify';
import VectorLayer from 'ol/layer/Vector';
import VectorSource from 'ol/source/Vector';
import View from 'ol/View';
import sync from 'ol-hashed';

const map = new Map({
target: 'map-container',
view: new View({
center: [0, 0],
zoom: 2,
}),
});

sync(map);

const source = new VectorSource();

const layer = new VectorLayer({
source: source,
});
map.addLayer(layer);

map.addInteraction(
new DragAndDrop({
source: source,
formatConstructors: [GeoJSON],
})
);

map.addInteraction(
new Modify({
source: source,
})
);

// 在map上添加Draw交互
map.addInteraction(
new Draw({
// 指定绘制形状,该值可以是任意的GeoJSON的几何形状
type: 'Polygon',
// 配置交互对象
source: source,
})
);

自动吸附

上面的绘制功能添加后,可以发现,当绘制图形时,很难沿着之前的图形进行精确绘制。
此时可以添加snap功能,当鼠标移动到某个像素一定范围内时,就能自动吸附到该像素,从而完成精确绘制。

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import DragAndDrop from 'ol/interaction/DragAndDrop';
import Draw from 'ol/interaction/Draw';
import GeoJSON from 'ol/format/GeoJSON';
import GeometryType from 'ol/geom/GeometryType';
import Map from 'ol/Map';
import Modify from 'ol/interaction/Modify';
// 添加Snap包
import Snap from 'ol/interaction/Snap';
import VectorLayer from 'ol/layer/Vector';
import VectorSource from 'ol/source/Vector';
import View from 'ol/View';
import sync from 'ol-hashed';

const map = new Map({
target: 'map-container',
view: new View({
center: [0, 0],
zoom: 2,
}),
});

sync(map);

const source = new VectorSource();

const layer = new VectorLayer({
source: source,
});
map.addLayer(layer);

map.addInteraction(
new DragAndDrop({
source: source,
formatConstructors: [GeoJSON],
})
);

map.addInteraction(
new Modify({
source: source,
})
);

map.addInteraction(
new Draw({
source: source,
type: GeometryType.POLYGON,
})
);

// 在map上添加Snap交互
map.addInteraction(
new Snap({
// 配置作用对象
source: source,
})
);

下载特征

当上传数据,且对其编辑后,希望能下载特征。
为了能实现这个功能,这里将特征数据序列化为GeoJSON数据,然后创建一个带download属性的<a>元素,这样就能触发浏览器的文件保存对话框。
同时,在map上添加一个按钮,可以使得用户清除现在的特征,重新绘制。
修改index.html为:

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<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>OpenLayers</title>
<style>
@import "node_modules/ol/ol.css";
</style>
<style>
html, body, #map-container {
margin: 0;
height: 100%;
width: 100%;
font-family: sans-serif;
background-color: #04041b;
}
/*对id为tools的div进行样式设定*/
#tools {
position: absolute;
top: 1rem;
right: 1rem;
}
/*对id为tools中的两个后代a元素设定样式*/
/*css语法可以参见这里:*/
/*https://www.runoob.com/css/css-combinators.html*/
#tools a {
display: inline-block;
padding: 0.5rem;
background: white;
cursor: pointer;
}
/*! [tools] */
</style>
</head>
<body>
<div id="map-container"></div>
<script src="./main.js" type="module"></script>
<!-- 新增一个div元素,里面包含了两个a元素 -->
<div id="tools">
<a id="clear">Clear</a>
<a id="download" download="features.json">Download</a>
</div>
</body>
</html>

修改main.js为:
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import GeoJSON from 'ol/format/GeoJSON';
import GeometryType from 'ol/geom/GeometryType';
import Map from 'ol/Map';
import VectorLayer from 'ol/layer/Vector';
import VectorSource from 'ol/source/Vector';
import View from 'ol/View';
import sync from 'ol-hashed';
import {DragAndDrop, Draw, Modify, Snap} from 'ol/interaction';

const map = new Map({
target: 'map-container',
view: new View({
center: [0, 0],
zoom: 2,
}),
});

sync(map);

const source = new VectorSource();

const layer = new VectorLayer({
source: source,
});
map.addLayer(layer);

map.addInteraction(
new DragAndDrop({
source: source,
formatConstructors: [GeoJSON],
})
);

map.addInteraction(
new Modify({
source: source,
})
);

map.addInteraction(
new Draw({
source: source,
type: GeometryType.POLYGON,
})
);

map.addInteraction(
new Snap({
source: source,
})
);

// 实现清除功能
// 首先通过DOM选取clear按钮
const clear = document.getElementById('clear');
// 对该按钮添加鼠标事件
clear.addEventListener('click', function () {
source.clear();
});

// 实现下载功能
// 这里序列化数据为GeoJSON格式
const format = new GeoJSON({featureProjection: 'EPSG:3857'});
// 通过DOM获取download按钮
const download = document.getElementById('download');

// 因为这里是期望随时都能下载最新的数据,所以将数据获取及序列化的工作绑定在source的change事件上
// 即,只要source改变,download按钮所能获得的数据就是最新的source
source.on('change', function () {
// 获得特征
const features = source.getFeatures();
// 序列化特征
const json = format.writeFeatures(features);
// 这里将原json字符串转换成URI组成部分,将附加到下载按钮的href中
download.href =
'data:application/json;charset=utf-8,' + encodeURIComponent(json);
});

效果如下:
download

配置绘图样式

前面的编辑功能都是使用了默认样式,这里增加更多的属性来使得编辑功能更加强大,比如设置画笔宽度、设置填充颜色等。

静态样式

如果单纯想将样式都调成一个模样,那么可以直接简单地将样式固定即可,如下面代码:

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const layer = new VectorLayer({
source: source,
style: new Style({
fill: new Fill({
color: 'red'
}),
stroke: new Stroke({
color: 'white'
})
})
});

即都填充成红色,笔画都是白色。

动态样式

更多情况下,动态样式使用得更多,即按照一定的规则自动设置样式。
如下面:

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constlayer = newVectorLayer({
source: source,
style: function(feature, resolution) {
constname = feature.get('name').toUpperCase();
returnname < "N"? style1 : style2; // assuming these are created elsewhere}
});

就是根据feature的name来设置样式,如果是A-M,就用style1,如果是N-Z,则使用style2。
所以设定好规则非常重要。
下面将展示如何根据几何区域设定样式。
修改main.js为:
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import DragAndDrop from 'ol/interaction/DragAndDrop';
import Draw from 'ol/interaction/Draw';
import GeoJSON from 'ol/format/GeoJSON';
import GeometryType from 'ol/geom/GeometryType';
import Map from 'ol/Map';
import Modify from 'ol/interaction/Modify';
import Snap from 'ol/interaction/Snap';
import VectorLayer from 'ol/layer/Vector';
import VectorSource from 'ol/source/Vector';
import View from 'ol/View';
import sync from 'ol-hashed';
// 导入必要的样式库
import {Fill, Stroke, Style} from 'ol/style';
// 导入colormap包
import colormap from 'colormap';
// 从OpenLayers导入getArea包
import {getArea} from 'ol/sphere';

// --- 根据面积计算颜色:开始 ----
const min = 1e8; // the smallest area
const max = 2e13; // the biggest area
const steps = 50;
const ramp = colormap({
colormap: 'blackbody',
nshades: steps,
});

function clamp(value, low, high) {
return Math.max(low, Math.min(value, high));
}

function getColor(feature) {
const area = getArea(feature.getGeometry());
const f = Math.pow(clamp((area - min) / (max - min), 0, 1), 1 / 2);
const index = Math.round(f * (steps - 1));
return ramp[index];
}
// --- 根据面积计算颜色:结束 ----

const map = new Map({
target: 'map-container',
view: new View({
center: [0, 0],
zoom: 2,
}),
});

sync(map);

const source = new VectorSource();

// 添加样式
const layer = new VectorLayer({
source: source,
style: function (feature) {
return new Style({
fill: new Fill({
color: getColor(feature),
}),
stroke: new Stroke({
color: 'rgba(255,255,255,0.8)',
}),
});
},
});

map.addLayer(layer);

map.addInteraction(
new DragAndDrop({
source: source,
formatConstructors: [GeoJSON],
})
);

map.addInteraction(
new Modify({
source: source,
})
);

map.addInteraction(
new Draw({
source: source,
type: GeometryType.POLYGON,
})
);

map.addInteraction(
new Snap({
source: source,
})
);

const clear = document.getElementById('clear');
clear.addEventListener('click', function () {
source.clear();
});

const format = new GeoJSON({featureProjection: 'EPSG:3857'});
const download = document.getElementById('download');
source.on('change', function () {
const features = source.getFeatures();
const json = format.writeFeatures(features);
download.href = 'data:text/json;charset=utf-8,' + json;
});

效果如下:
style

移动端地图和数据集成

这一部分将创建一个移动端的地图来展示用户的GPS位置和朝向。该项目的目的是为了展示怎样将OpenLayers与浏览器的API及第三方工具进行集成。
具体地,仅使用几行代码即可调用浏览器的关于地理位置的API,从而得到GPS位置,以及使用kompas库通过设备的陀螺仪获得朝向。然后,通过使用Vector Layer,就能很轻易地在地图上显示结果。

因为这一部分需要移动端的配合,不再具体分析。

更多用法留坑待填。