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CesiumJS 源码杂谈 - 时间与时钟系统_前沿热点

来源：博客园
目录
  • 1. 时间的“诞生”
  • 2. 时间的推进
  • 3. Entity API 与 Property API 的更新动力源
  • 4. 简单应用
    • 4.1. 使用原生 JS Date 对象创建 JulianDate
    • 4.2. 使用时间字符串（ISO8601标准的时间字符串或 UTC 时间字符串）创建 JulianDate
    • 4.3. 为时钟设置起止时间和速率
    • 4.4. 调整时钟的循环情况

你知道吗？


(相关资料图)

  • Cesium 是元素 铯的英文单词，而 铯原子钟具有世界上最高的计时精度

  • 时间，是时刻间隔的意思，时刻是静态的点；而时间就指有起止时刻的一段范围

  • 很多应用都要有一个时钟，例如 GPS 授时、实时渲染系统，时间可以测量很多事物，万物运动也体现了时间在流逝

1. 时间的“诞生”

首次创建时间是出现在 Scene 的构造函数中：

function Scene (/**/) {  // ...  updateFrameNumber(this, 0.0, JulianDate.now());  // ...}function updateFrameNumber(scene, frameNumber, time) {  const frameState = scene._frameState;  frameState.frameNumber = frameNumber;  frameState.time = JulianDate.clone(time, frameState.time);}

源于此，很多自己应用 CesiumJS 着色器的文章中就用 FrameState上的 frameNumber就近似表达了“时间”的概念，因为在 60FPS 的屏幕上，可以通过 frameNumber / 60粗略获得时间值（秒），但是一旦浏览器的帧速率变化，比如 144 FPS，这个获得的时间就会不准确。

CesiumJS 使用 JulianDate类来表示整个程序中的时间，它是一种天文时间系统，叫作“儒略”日期，它有两个成员字段，一个是自儒略第一天（公元前 4713 年 1 月 1 日）到现在的天数 dayNumber，另一个是今天已经走过的秒数（零点起算）secondsOfDay。

注：我们所说的公历时间，即 GregorianDate（格里日历记法），在 CesiumJS 中也是有的，是作为 JS 原生类 Date 的高精度替代品。

根据上面的 Scene 类构造函数，使用 JulianDate.now方法，无论什么时候初始化 CesiumJS，获取的时间值永远都是程序运行的那个时刻：

JulianDate.now = function (result) {  return JulianDate.fromDate(new Date(), result);}

所以，真正的时间值在帧状态对象 scene._frameState的 time字段上。

2. 时间的推进

CesiumJS 内部的时间是如何更新的？

CesiumJS 的渲染源头是 CesiumWidget对象，它每一帧都会运行 CesiumWidget.prototype.render方法，会让此对象上的时钟 tick一次（也就是跳一下），返回的时间就作为这一帧的时间，传递给 Scene.prototype.render，进而调用 updateFrameNumber函数更新累计帧数、时间值：

CesiumWidget.prototype.render = function () {  if (this._canRender) {    this._scene.initializeFrame();    const currentTime = this._clock.tick();    this._scene.render(currentTime);  } else {    this._clock.tick();  }}

所以要看时间是如何更新的，就要看 Clock对象的 tick方法。

初始化 Clock 时，默认就以当前的 JulianDate 为时钟起点时刻，往后一天为终点时刻。

每当调用 tick时，会获取当前的时刻 clock.currentTime，然后调用 JulianDate.addSeconds()方法把时间往前推。在所有默认条件下，调用的逻辑分支是：

const milliseconds = currentSystemTime - this._lastSystemTime;currentTime = JulianDate.addSeconds(  currentTime,  multiplier * (milliseconds / 1000.0),  currentTime);

而这个 currentSystemTime即时间戳，来自 Performance API（浏览器高精度性能 API）或 Date API，能获取当前的毫秒数。

最后，把计算的 currentTime（类型是 JulianDate）返回给调用者，也就是 CesiumWidget.prototype.render方法，继续更新一帧。

3. Entity API 与 Property API 的更新动力源

在之前写源码系列的时候，就提过 Entity API 是怎么运作的。

首先，EntityAPI 挂载于 Viewer上，若无 Viewer那默认的 Entity 容器就得自己实现一套，很麻烦。

其次，Viewer拥有 _onTick事件，它监听了 CesiumWidget的 clock的 onTick事件，通过 EventHelper完成：

eventHelper.add(clock.onTick, Viewer.prototype._onTick, this);

往后就是 DataSourceDisplay、CustomDataSource 等内容了，较为复杂，请移步源码解析文章。

引自源码解析文章，以参数化几何的 Entity为例，它用的是 GeometryVisualizer，当 GeometryVisualizer调用 fireChangedEvent函数后，Visualizer 就会拿到最新的 Entity 定义，进而借助 Property API、Updater 等复杂架构更新数据。

总之，若无时钟的 onTick跳动，也就没有办法根据当前时间去更新 Entity，也就拿不到最新的 Property，更别说动态更新场景中的三维 Entity 了。

4. 简单应用

4.1. 使用原生 JS Date 对象创建 JulianDate

这个最好的说明就是 JulianDate.now了，在上面第 1 节已经列出源码。当然，也可以自己来搞一个：

const myDate = JulianDate.fromDate(new Date())

4.2. 使用时间字符串（ISO8601标准的时间字符串或 UTC 时间字符串）创建 JulianDate

以北京时间为例：

const myDate = JulianDate.fromIso8601("2023-05-01T13:15:21+08:00")

注意日期和时间之间有一个大写字母 T。我在尾部加上了 +08:00表示东八区北京时间。

4.3. 为时钟设置起止时间和速率

这个就很简单了：

clock.startTime = JulianDate.fromIso8601("2023-05-01T00:00:00+08:00")clock.stopTime = JulianDate.fromDate(new Date("2023/05/02 00:00:00")) // Date 会默认使用当前时区，当然你也可以手动 +8，格式按 Date 的文档来就可以clock.multiplier = 3600 // 3600倍速，一秒过一小时

注意，设置倍数要配合参数 clock.clockStep === ClockStep.SYSTEM_CLOCK_MULTIPLIER或 ClockStep.TICK_DEPENDENT才有效。

4.4. 调整时钟的循环情况

clock.clockRange = ClockRange.LOOP_STOP

LOOP_STOP是默认的，到终点不会停止，会继续往前走，但是会重新回到起点时刻，类似于 重播效果。

CLAMPED会在终点时刻停下来，类似于 播完就停在那里。

UNBOUNDED即使超过终点时刻，也不会停下来，类似 直播效果。

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