一 前言

  近期翻阅博客，看到社区大神一休哥的一篇《canvas 奇巧淫技（二）绘制箭头路径效果》文章，同样，该大神还展示过一个使用rbush库如何在前端快速从海量数据进行空间检索的案例：https://alex2wong.github.io/mapbox-plugins/examples/rbush/，很有分享精神的前端GIS专家，更多关于前端GIS检索数据的技术可参考搜狐的干货专访:《深入理解空间搜索算法 ——数百万数据中的瞬时搜索》。关于轨迹样式带导航箭头这种常见问题，笔者基于兴趣和朋友们的总结，也试着用熟悉的OpenLayers的StyleFunction去实现一个这样的玩具，在此分享给大家。

高德轨迹箭头.png

  基于已知的一条轨迹，实现这样的一个导航轨迹箭头，需要解决三个问题：

• 在轨迹上根据固定像素间隔，计算当前地图分辨率下箭头总数量。
• 计算当前地图分辨率下，每个箭头的绘制位置。
• 计算好箭头的数量和位置后，要确定箭头的方向。

一 箭头数量

  由高德轨迹箭头图可知，每隔固定像素，打上一个箭头。假设当前的线LineString地理长度为length，当前固定像素间隔stpes=n像素，在当前地图比例尺res已知的情况下，n像素地理距离是resn，那么箭头总数count=length/(resn):

let length=line_geom.getLength();//线图形的地理长度
const steps=40;//每隔40像素打一个箭头点
let geo_steps=map_res*steps;//40像素长度在当前地图比例尺下地理长度。
let arrow_count=length*1.0/geo_steps;

多么浅显易懂的道理啊，第一个问题很顺利的解决了。

二 箭头位置

  第一步得到了箭头的总数，在获取箭头位置时，一个重要的API是线条LineString的getCoordinateAt，利用它我们在轨迹线上获取箭头点的位置。

/*
fraction:参考点的百分比，如0就是LineString的起点，1就是LineString的终点，0.5就是LineString的中点。
*/
linestring.getCoordinateAt(fraction, opt_dest)

  假如箭头总数为arrowsNum，那么arrowsNum个箭头的数量分别是

 for(let i=1;i<arrowsNum;i++){
       let arraw_coor=geometry.getCoordinateAt(i*1.0/arrowsNum);
       console.log(arraw_coor);//输出每个箭头的坐标
 }

  得到每个箭头的位置后，我们先可视化下吧，OpenLayers的地图样式完全由StyleFunction实现的，完整样式代码如下：

/*
feature:地图上的要素对象，既有属性，也有坐标图形。
res：当前地图分辨率参数。
return:返回一个定制的渲染样式
*/
var styleFunction = function(feature,res){
        //轨迹线图形
       var trackLine= feature.getGeometry();
       var styles = [
          new ol.style.Style({
            stroke: new ol.style.Stroke({
              color: '#2E8B57',
              width: 10
            })
          })
        ];
        //轨迹地理长度
        let length=trackLine.getLength();
        //像素间隔步长
        let stpes=40;//像素步长间隔
        //将像素步长转实际地理距离步长
        let geo_steps=stpes*res;
        //箭头总数
        let arrowsNum=parseInt(length/geo_steps);
        for(let i=1;i<arrowsNum;i++){
            let arraw_coor=trackLine.getCoordinateAt(i*1.0/arrowsNum);
            styles.push(new ol.style.Style({
                geometry: new ol.geom.Point(arraw_coor),
                image: new ol.style.Circle({
                    radius: 7,
                    fill: new ol.style.Fill({
                        color: '#ffcc33'
                    })
                })
            }));
        }
        return styles;
}

箭头位置计算与可视化结果.png

三 箭头方向

  之前的逻辑，我们已经计算了一个轨迹样式的雏形了，把地图上箭头位置的黄点改成一个箭头图标，做下方向旋转就可以了。在说明此前，需要说明下轨迹，segment线段，箭头点之间的关系，如下图：

轨迹，segment,箭头位置之间的关系.png

  观察示意图，总结如下：

• 一条完整的轨迹由多个连续的segment组成。
• 通过getCoordinateAt方法计算得到的箭头点，一定是在轨迹线上的某个点。
• 每个箭头点的方向是由箭头点落在的segment的方向决定的。
  很显然，计算箭头方向其实就是计算每个箭头点到底落在了哪个segment上，将segme方向赋予箭头点。这里我们引入了rbush库构建空间索引，计算轨迹点与segment对应关系。
    之所以我要引入rbush库，是解决循环计算问题，想象下如果不引入rbush库，只能使用如下的伪代码暴力计算了：

for(let i=0;i<arrows.length;i++){
      for(let j=0;j<segments.length;j++){
              if(instersects(arrows[i],segments[j])===true){
                       // arrows[i]对应的segments是segments[j]
                      break;
              }
      }
}

感觉逻辑很简单啊，这样做难道不可以吗？想象下，箭头数量，segment的数量其实都是不可控的，一个复杂的轨迹线可能由成百上千的近万的segments，这样一个个循环去匹配，效率是不是就有问题了？所以引入了空间索引。这里查询，使用了rbush进行btree查询，查询的结果后再详细比对是否和箭头相交，累了，直接贴代码了，不详述了：

 var styleFunction = function(feature,res){
        //轨迹线图形
       var trackLine= feature.getGeometry();
       var styles = [
          new ol.style.Style({
            stroke: new ol.style.Stroke({
              color: '#2E8B57',
              width: 10
            })
          })
        ];
        //对segments建立btree索引
        let tree= rbush();//路段数
        trackLine.forEachSegment(function(start, end) {
            var dx = end[0] - start[0];
            var dy = end[1] - start[1];
            //计算每个segment的方向，即箭头旋转方向
            let rotation = Math.atan2(dy, dx);
            let geom=new ol.geom.LineString([start,end]);
            let extent=geom.getExtent();
            var item = {
              minX: extent[0],
              minY: extent[1],
              maxX: extent[2],
              maxY: extent[3],
              geom: geom,
              rotation:rotation
            };
            tree.insert(item);
        });
        //轨迹地理长度
        let length=trackLine.getLength();
        //像素间隔步长
        let stpes=40;//像素步长间隔
        //将像素步长转实际地理距离步长
        let geo_steps=stpes*res;
        //箭头总数
        let arrowsNum=parseInt(length/geo_steps);
        for(let i=1;i<arrowsNum;i++){
            let arraw_coor=trackLine.getCoordinateAt(i*1.0/arrowsNum);
            let tol=10;//查询设置的点的容差，测试地图单位是米。如果是4326坐标系单位为度的话，改成0.0001.
            let arraw_coor_buffer=[arraw_coor[0]-tol,arraw_coor[1]-tol,arraw_coor[0]+tol,arraw_coor[1]+tol];
            //进行btree查询
            var treeSearch = tree.search({
              minX: arraw_coor_buffer[0],
              minY: arraw_coor_buffer[1],
              maxX: arraw_coor_buffer[2],
              maxY: arraw_coor_buffer[3]
            });
            let arrow_rotation;
            //只查询一个，那么肯定是它了，直接返回
            if(treeSearch.length==1)
              arrow_rotation=treeSearch[0].rotation;
            else if(treeSearch.length>1){
                let results=treeSearch.filter(function(item){
                  //箭头点与segment相交，返回结果。该方法实测不是很准，可能是计算中间结果
                  //保存到小数精度导致查询有点问题
                  // if(item.geom.intersectsCoordinate(arraw_coor))
                  //   return true;

                  //换一种方案，设置一个稍小的容差，消除精度问题
                  let _tol=1;//消除精度误差的容差
                  if(item.geom.intersectsExtent([arraw_coor[0]-_tol,arraw_coor[1]-_tol,arraw_coor[0]+_tol,arraw_coor[1]+_tol]))
                    return true;
                })
                if(results.length>0)
                  arrow_rotation=results[0].rotation;
            }
            styles.push(new ol.style.Style({
                geometry: new ol.geom.Point(arraw_coor),
                image: new ol.style.Icon({
                  src: '../static/content/images/arrowright.png',
                  anchor: [0.75, 0.5],
                  rotateWithView: true,
                  rotation: -arrow_rotation
                })
            }));
        }
        return styles;
      }

轨迹箭头效果图.png

看着还凑合吧，但其实要做到高德那个精细的样式，才万里第一步，祝诸君继续研究，期待更好的效果。