readme.md · 練氣士/cesium-particle

# 基于cesium的矢量场可视化gpu加速粒子系统

![npm](https://img.shields.io/npm/v/cesium-particle) ![npm](https://img.shields.io/npm/dt/cesium-particle) ![GitHub](https://img.shields.io/github/license/hongfaqiu/cesium-particle)

## 说明

本模块改编自[RaymanNg大佬的风场demo](https://github.com/RaymanNg/3D-Wind-Field)。

加载的.nc文件属于NetCDF version 3数据文件，加载其他.nc文件请看[Q&A](https://github.com/hongfaqiu/cesium-particle#%E6%80%8E%E6%A0%B7%E5%8A%A0%E8%BD%BD%E8%87%AA%E5%B7%B1%E7%9A%84nc%E6%96%87%E4%BB%B6)。

本例使用的demo.nc文件分辨率28km，请参考这个网站上的数据 [Panoply](https://www.giss.nasa.gov/tools/panoply/)。

## 使用说明

```bash
npm install cesium-particle
```

</td></tr>
</tbody>
</table>

## 例子

```js
import { Particle3D, Vortex } from 'cesium-particle'
import * as Cesium from 'cesium';

// cesiumViewer对象
const viewer = new Cesium.Viewer(cesiumContainer, viewerOption);

// 粒子系统配置
const systemOptions = {
  maxParticles: 64 * 64,
  particleHeight: 1000.0,
  fadeOpacity: 0.996,
  dropRate: 0.003,
  dropRateBump: 0.01,
  speedFactor: 1.0,
  lineWidth: 4.0,
  dynamic: true
}

// 粒子颜色色带
const colorTable = [
    [0.015686,
    0.054902,
    0.847059],
    [0.125490,
    0.313725,
    1.000000]
  ]

// 第一种
// 加载demo.nc文件
const file = BolbFile("demo.nc"); // 读取文件
 // 从NetCDF3文件生成粒子系统对象
const particleObj = new Particle3D(viewer, {
  input: file,
  fields: {
    lev: 'lev'
  }
});

// 加载uv3z.nc、325china.nc或其他自定义文件
const file2 = BolbFile("uv3z.nc"); 
 // 需定义字段名
const particleObj2 = new Particle3D(viewer, {
  input: file,
  fields: {
    U: 'water_u',
    V: 'water_v'
  }
});

// 第二种
// 构建涡旋模型对象
const parameter = [ [120, 30, 100], 5, 5, 2000, 0.1, 0.1, 2000]; // [['lon', 'lat', 'lev'], 'radiusX', 'radiusY', 'height', 'dx', 'dy', 'dz']
const jsonData = new Vortex(...parameter).getData();
// 从json数据生成粒子系统对象
const particleObj2 = new Particle3D(viewer, {
    input: jsonData,
    type: 'json', // 必填
    userInput: systemOptions,
    colorTable: colorTable,
    colour: 'height' // 颜色变化跟随速度,可选值: 'speed'(defalut) or 'height'
  });

// 启动粒子系统
particleObj.init().then(res => {
  particleObj.show(); // 开始运行粒子系统
})

systemOptions.fadeOpacity = 0.900;
particleObj.optionsChange(systemOptions); // 更新粒子系统配置

particleObj.hide(); // 停止粒子系统
particleObj.remove(); // 移除粒子系统
```

## API

### ``new Particle3D(viewer, options)``

新建一个粒子系统对象，传入的参数包括(ceiusmViewer, {.nc矢量场文件或json对象, 传入的数据类型, nc文件字段规定, UVWH数值范围, 经纬度偏移值, 粒子系统配置项, 粒子颜色色带, 上色的属性})

``options配置属性详解:``

| Name       | Type          | Necessarily | Enumeration         | Default                      |
| ---------- | ------------- | ----------- | ------------------- | ---------------------------- |
| input      | File / Object | true        |                     |                              |
| type       | String        |             | 'nc' or 'json'      | 'nc'                         |
| fields     | Object        |             |                     | defalutFields                |
| valueRange | Object        |             |                     | { min: -100, max: 100 }      |
| offset     | Object        |             |                     | { lon: 0, lat: 0, lev: 0 }   |
| userInput  | Object        |             |                     | defaultParticleSystemOptions |
| colorTable | Array         |             |                     | defaultColorTable            |
| colour     | String        |             | 'speed' or 'height' | 'speed'                      |

``默认配置详解:``

```js
// 默认的nc文件variables字段
defaultFields = {
  U: 'U', // 横向速度
  V: 'V', // 纵向速度
  W: '', // 垂直速度
  H: '', // 高度属性
  lon: 'lon', // 经度
  lat: 'lat', // 纬度
  lev: '', // 层
}

// 默认的粒子运行参数
defaultParticleSystemOptions = { 
  maxParticles: 64 * 64, // 最大粒子数(会自动取平方数)
  particleHeight: 1000.0, // 粒子高度
  fadeOpacity: 0.996, // 拖尾透明度
  dropRate: 0.003, // 粒子重置率
  dropRateBump: 0.01, // 随速度增加的粒子重置率百分比，速度越快越密集，
                      // 最终的粒子重置率particleDropRate = dropRate + dropRateBump * speedNorm;
  speedFactor: 1.0, // 粒子速度
  lineWidth: 4.0, // 线宽
  dynamic: true // 是否动态运行
}

// 默认的颜色配置
// colorTalbe默认为白色，传入的数组为``[[r, g , b], [r, g, b], ...]``格式
// 例：[[234 / 255, 0, 0], [0, 123 / 255, 0]]，对应粒子colour字段值从低到高
defaultColorTable = [[1.0, 1.0, 1.0]]; 
```

### ``init()``

粒子系统初始化（异步）

### ``show()``

粒子系统开始运行，在窗口移动、大小变更、地球缩放、视点相机移动时粒子系统会暂停，停止操作后继续运行

### ``hide()``

暂停运行粒子系统

### ``optinsChange(options)``

传入粒子系统配置参数，更新粒子运行状态

### ``remove()``

从cesiumview中移除粒子系统

### ``getFileFields()``

读取NetCDF文件字段，用于加载不同的矢量场文件，参见demo

```js
import { getFileFields } from 'cesium-particle';

const file = File("uv3z.nc")
getFileFields(file).then(res => {
  ... 
  /*res: {
    variables: ["water_u", "water_v", "depth", "time", "lat", "lon", "time_run"],
    dimensions: ["depth", "time", "lat", "lon"],
    raw: Object
  } */
})
```

## Demo

[查看在线Demo](https://cesium-particle.vercel.app/)

[示例数据](https://github.com/hongfaqiu/cesium-particle/tree/master/data)

### 运行说明

```js
yarn / npm install
npm start
```

### 运行图片

| ![10w风场粒子](https://user-images.githubusercontent.com/62411296/125084621-51948380-e0fc-11eb-8883-a8e265470402.png) | ![25w海流粒子](https://user-images.githubusercontent.com/62411296/125084661-5ce7af00-e0fc-11eb-982b-46d42627318a.png) |
| ------- | ------- |
| ![中国海海流](https://user-images.githubusercontent.com/62411296/125084828-86a0d600-e0fc-11eb-877e-b79865b82cfe.png) | ![25万个粒子的的涡旋](https://user-images.githubusercontent.com/62411296/125084984-acc67600-e0fc-11eb-81c4-8c265cae62f4.png)|

## Q&A

### 更改glsl文件之后未生效

在开发环境中调试glsl文件,需要在.src/modules/particlescomputing.js 和 particlesRendering.js 中修改glsl文件入口：

```js
import { CalculateSpeedShader, UpdatePositionShader, PostProcessingPositionShader } from '../../packages/shader';
```

在webpack.config.js中添加glsl-loader

```js
module.exports = {
  module: {
    rules: [
      {
        test: /\.(frag|vert)$/,
        loader: 'webpack-glsl-loader'
      }
    ]
  }
}
```

或者使用打包命令，打包glsl文件为js:

```js
npm run build-glsl
```

### 怎样加载自己的.nc文件

.nc文件最好为NetCDF version 3形式

文件中必须至少包含以下属性：

- 横向速度矩阵 U (lev, lat, lon)
- 纵向速度矩阵 V (lev, lat, lon)
- 经度维度 lon(0 - 360)
- 纬度维度 lat

可使用`getFileFields()`方法读取.nc文件中的属性字段名、维度字段名

并配合构造函数`new Particle3D()`中传入的`fields`字段，尝试加载到地球上。

noData值设为0， 或者加载时配置valueRange属性。

如果经度范围不在(0, 360)，纬度范围不在(-90, 90)，需要配置offset属性。

### 为什么移除了原作者绘制矩形时采用的Miter Joint算法

请看[issue](https://github.com/hongfaqiu/cesium-particle/issues/3)

问题已经定位，后面有机会再尝试解决吧。

### WebGL2支持

0.9.0版本支持webgl2

### 其它问题

`0.7.0`版本之后，cesium引入方式改为

```js
  import * as Cesium from 'cesium'
```

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