介绍

在高德地图上实现自动驾驶导航界面的自动巡航效果，只要在3DTiles图层上展示主体车辆（后文简称为NPC）沿着既定的路径平滑移动就可以了，这里不用考虑NPC与场景碰撞问题，因此可以直接把NPC和场景拆分为两个独立图层，本文着重介绍一下NPC移动要如何实现。

需求分析

首先，我们需要获取数据并生成移动路径，然后绘制巡航轨迹。为了实现巡航效果，我们需要加载并放置模型，并在每一帧重新设置模型的位置和正面朝向。同时，随着模型移动，我们需要更新镜头的位置和朝向，于是提取出如下的实现步骤。

1.获取数据，生成移动路径，并绘制巡航轨迹；

2.加载、放置、调整模型；

3.移动模型，在每一帧重新设置模型的位置、正面朝向；

4.随着模型移动，更新镜头的位置、以及镜头看向的位置；

5.最后让NPC图层和3DTiles图层尽量融合。

技术点分析

主体沿轨迹移动

threejs实现沿着轨迹移动有两种做法，方法一是预先计算好整条路线里，每个的关键节点之间的中间插值点（如图中绿点所示），得到一系列的坐标之后，只需要在每一帧将主体移动到插值点的位置就可以了，这个方法需要插值点足够密集，否则最终效果会不够平滑，车子会像电子跃迁一样跳着走。

另一个方法就是动态计算，我们每次只考虑两个关键点之间的时间与位置关系，即输入起点A、终点B、移动的总时间、移动的速度曲线（匀速、加速、缓动缓停等等），然后就可以根据当前时刻在总时长的进度获得NPC应该在的位置。

镜头跟随

为了实现物体的运动和镜头跟随，我尝试了高德数据可视化API提供的ViewControl镜头动画，以及基于threejs的移动方案，最终选择了threejs和高德API结合的方案，以下是技术方案的对比：

两条路线的焊接

本文演示页面的路径数据使用高德，拖拽导航插件AMap.DragRoute。通过鼠标拖拽已有导航路径上的任一点，可以实现导航起点、途经点、终点的调整，系统根据调整后的起点、途经点、终点信息，实时查询拖拽后的导航路径。然而发现返回的路径数据里，并不包括两段路线之间的连线，这种情况通常出现在红绿灯、十字路口处，需要自己处理。为避免干扰文章主题，这里只要知道有这个情况就行，路线焊接的具体编码以后再讲。

直接用线段连接LineA的终点和LineB的起点，会导致物体移动朝向异常，镜头转动也比较突兀，因此当两个端点距离大于某个阈值时，需要提供一个方法可以自动“焊接”两条线段。平滑焊接路线的目的是为了让物体移动更加平滑，我们可以选择预先处理，或者实时处理，视情况而定。

这里会遇到几种情况，我们分别处理：

LineA和LineB延长线必定相交，需要生成一条平滑的贝塞尔曲线连接这两个端点；

LineA和LineB处于同一条直线，只需要将两个端点连接起来即可；

LineA和LineB平行，则需要生成半个圆角矩形的边线将端点连接起来。

代码实现

1.获取数据，生成移动路径，并绘制巡航轨迹；

//最终路径数据
const PATH_DATA = {features: []} 


var path = [];
path.push([113.532592,22.788502]); //起点
path.push([113.532592,22.788502]); //经过
path.push([113.532553, 22.788321]); //终点


map.plugin("AMap.DragRoute", function() {
    //构造拖拽导航类
    route = new AMap.DragRoute(map, path, AMap.DrivingPolicy.LEAST_FEE); 
    //查询导航路径并开启拖拽导航
    route.search(); 
    route.on('complete',function({type,target, data}){
      // 获得路径数据后，处理成GeoJSON
      const res =  data.routes[0].steps.map(v=>{
            var arr = v.path.map(o=>{
                return [o.lng, o.lat]
            })
            return  { 
              "type": "Feature",
               "geometry": {
                    "type": "MultiLineString",
                    "coordinates": [arr]
                 },
                 "properties": {
                    "instruction": v.instruction,
                    "distance": v.distance,
                    "duration": v.duration,
                    "road": v.road
                  }
             }
        })
        PATH_DATA.features = res
    })
});


// 使用数据绘制流光的轨迹线
// 这个图层的作用是便于调试运动轨迹是否吻合
const layer = new FlowlineLayer({
  map: getMap(),
  zooms: [4, 22],
  data: PATH_DATA,
  speed: 0.4,
  lineWidth: 2,
  altitude: 0.5
})

2.将GeoJSON数据合并成一整条路线数据，并预处理好数据；

// 合并后的路径数据（空间坐标）
var _PATH_COORDS = []
// 合并后的路径数据（地理坐标）
var _PATH_LNG_LAT = []


//处理转换图层基础数据的地理坐标为空间坐标,保留z轴数据
initData (geoJSON) {
    const { features } = geoJSON
    this._data = JSON.parse(JSON.stringify(features))


    this._data.forEach((feature, index) => {
      const { geometry } = feature
      const { type, coordinates } = geometry


      if (type === 'MultiLineString') {
        feature.geometry.coordinates = coordinates.map(sub => {
          return this.handleOnePath(sub)
        })
      }
      if (type === 'LineString') {
        feature.geometry.coordinates = this.handleOnePath(coordinates)
      }
    })
}
/**
   * 处理单条路径数据
   * @param {Array} path 地理坐标数据 [[x,y,z]...]
   * @returns {Array} 空间坐标数据 [[x',y',z']...]
   */
  handleOnePath (path) {
    const { _PATH_LNG_LAT, _PATH_COORDS, _NPC_ALTITUDE } = this
    const len = _PATH_COORDS.length
    const arr = path.map(v => {
      return [v[0], v[1], v[2] || this._NPC_ALTITUDE]
    })


    // 如果与前线段有重复点，则去除重复坐标点
    if (len > 0) {
      const { x, y, z } = _PATH_LNG_LAT[len - 1]
      if (JSON.stringify([x, y, z]) === JSON.stringify(arr[0])) {
        arr.shift()
      }
    }


    // 合并地理坐标
    _PATH_LNG_LAT.push(...arr.map(v => new THREE.Vector3().fromArray(v)))


    // 转换空间坐标
    // customCoords.lngLatsToCoords会丢失z轴数据，需要重新赋值
    const xyArr = this.customCoords.lngLatsToCoords(arr).map((v, i) => {
      return [v[0], v[1], arr[i][2] || _NPC_ALTITUDE]
    })
    // 合并空间坐标
    _PATH_COORDS.push(...xyArr.map(v => new THREE.Vector3().fromArray(v)))
    // 返回空间坐标
    return arr
  }

3.加载、放置、调整模型；

// 加载主体NPC
function getModel (scene) {
  return new Promise((resolve) => {
    const loader = new GLTFLoader()
    loader.load('./static/gltf/car/car1.gltf', function (gltf) {
      const model = gltf.scene.children[0]


      // 调试代码
      // const axesHelper = new THREE.AxesHelper(50)
      // model.add(axesHelper)


      // 调整模型大小
      const size = 1.0
      model.scale.set(size, size, size)


      resolve(model)
    })
  })
}


// 初始化主体NPC的状态
initNPC () {
  const { _PATH_COORDS, scene } = this
  const { NPC } = this._conf


  // z轴朝上
  NPC.up.set(0, 0, 1)


  // 初始位置和朝向
  if (_PATH_COORDS.length > 1) {
    NPC.position.copy(_PATH_COORDS[0])
    NPC.lookAt(_PATH_COORDS[1])
  }


  // 添加到场景中
  scene.add(NPC)
}

4.重点来了！移动模型，并更新NPC的位置和朝向、更新镜头的位置和朝向，这里使用了TWEEN做移动状态的控制器，它控制的是一整条路线（A-B-C-D…）里两个关键点（A和B）连线的移动状态，当连线AB的移动结束后，立即开启下一个连线BC，以此类推。我们简单过一下实现逻辑。

initController () {
  // 状态记录器
  const target = { t: 0 } 
  // 获取第一段线段的移动时长，具体实现就是两个坐标点的距离除以速度参数speed
  const duration = this.getMoveDuration()
  // 路线数据 这里用了两组空间坐标和地理坐标两组数据
  // 目的是为了省掉中间坐标转换花费的时间
  const { _PATH_COORDS, _PATH_LNG_LAT, map } = this


  this._rayController = new TWEEN.Tween(target)
    .to({ t: 1 }, duration)
    .easing(TWEEN.Easing.Linear.None)
    .onUpdate(() => {
        //todo: 处理当前连线当前时刻，NPC的位置


        //通过状态值t, 计算NPC应该在的位置
        const position = new THREE.Vector3().copy(point).lerp(nextPoint, target.t)


        //todo: 处理地图中心位置，地图镜头朝向
     })
    .onStart(()=>{
       // todo: 处理NPC的朝向，每次开启路线都会执行
    })
    .onComplete(()=>{
      // todo: 停止当前路线、开启下一段路线
      this._rayController
          .stop()
          .to({ t: 1 }, duration)
          .start()
    })
}

5.随着模型移动，更新镜头的位置、以及镜头朝向的位置；

（1）更新镜头位置与更新NPC位置思路一样，不同的就是使用了地理坐标去计算中间插值，以方便直接调用高德的map.panTo(), 用map.setCenter()也是一样的。

// 计算两个lngLat端点的中间值
const pointLngLat = new THREE.Vector3().copy(_PATH_LNG_LAT[this.npc_step])
const nextPointLngLat = new THREE.Vector3().copy(_PATH_LNG_LAT[nextIndex])
const positionLngLat = new THREE.Vector3().copy(pointLngLat).lerp(nextPointLngLat, target.t)
// 更新地图镜头位置
this.updateMapCenter(positionLngLat)


// 更新地图中心到指定位置
updateMapCenter (positionLngLat) {
   // duration = 0 防止画面抖动
   this.map.panTo([positionLngLat.x, positionLngLat.y], 0)
}

（2）更新镜头朝向，朝向其实就是矢量方向，两个点确定矢量，在这里取NPC当前坐标和后面第四个关键点的坐标确定朝向，也可以根据实际情况而定。

//计算偏转角度
const angle = this.getAngle(position, _PATH_COORDS[(this.npc_step + 3) % _PATH_COORDS.length]
this.updateMapRotation(angle)


//更新地图旋转角度，正北为0度
updateMapRotation (angle) {
  if (Math.abs(angle) >= 1.0) {
    this.map.setRotation(angle, true, 0)
  }
}

这是步骤4和5的完整代码。

// 是否镜头跟随NPC移动
const cameraFollow = true 


initController () {
  // 状态记录器
  const target = { t: 0 }
  // 获取第一段线段的移动时长，具体实现就是两个坐标点的距离除以速度参数speed
  const duration = this.getMoveDuration()
  // 路线数据
  const { _PATH_COORDS, _PATH_LNG_LAT, map } = this


  this._rayController = new TWEEN.Tween(target)
    .to({ t: 1 }, duration)
    .easing(TWEEN.Easing.Linear.None)
    .onUpdate(() => {
      const { NPC, cameraFollow } = this._conf
      // 终点坐标索引
      const nextIndex = this.getNextStepIndex()
      // 获取当前位置在路径上的位置
      const point = new THREE.Vector3().copy(_PATH_COORDS[this.npc_step])
      // 计算下一个路径点的位置
      const nextPoint = new THREE.Vector3().copy(_PATH_COORDS[nextIndex])
      // 计算物体应该移动到的位置，并移动物体
      const position = new THREE.Vector3().copy(point).lerp(nextPoint, target.t)
      if (NPC) {
        // 更新NPC的位置
        NPC.position.copy(position)
      }


      // 需要镜头跟随
      if (cameraFollow) {
        // 计算两个lngLat端点的中间值
        const pointLngLat = new THREE.Vector3().copy(_PATH_LNG_LAT[this.npc_step])
        const nextPointLngLat = new THREE.Vector3().copy(_PATH_LNG_LAT[nextIndex])
        const positionLngLat = new THREE.Vector3().copy(pointLngLat).lerp(nextPointLngLat, target.t)
        // 更新地图镜头位置
        this.updateMapCenter(positionLngLat)
      }


      // 更新地图朝向
      if (cameraFollow) {
        const angle = this.getAngle(position, _PATH_COORDS[(this.npc_step + 3) % _PATH_COORDS.length])
        this.updateMapRotation(angle)
      }
    })
    .onStart(() => {
      const { NPC } = this._conf


      const nextPoint = _PATH_COORDS[(this.npc_step + 3) % _PATH_COORDS.length]


      // 更新主体的正面朝向
      if (NPC) {
        NPC.lookAt(nextPoint)
        NPC.up.set(0, 0, 1)
      }
    })
    .onComplete(() => {
      // 更新到下一段路线
      this.npc_step = this.getNextStepIndex()
      // 调整时长
      const duration = this.getMoveDuration()
      // 重新出发
      target.t = 0
      this._rayController
        .stop()
        .to({ t: 1 }, duration)
        .start()
    })
    .start()
}


// 逐帧动画处理
animate (time) {


  // 逐帧更新控制器，非常重要
  const { _rayController, _isMoving } = this
  if (_rayController && _isMoving) {
    _rayController.update(time)
  }


  if (this.map) {
    this.map.render()
  }
  requestAnimationFrame(() => {
    this.animate()
  })
}


// 更新地图中心到指定位置
updateMapCenter (positionLngLat) {
   // duration = 0 防止画面抖动
   this.map.panTo([positionLngLat.x, positionLngLat.y], 0)
}


//更新地图旋转角度
updateMapRotation (angle) {
  if (Math.abs(angle) >= 1.0) {
    this.map.setRotation(angle, true, 0)
  }
}


/**
 * 计算从当前位置到目标位置的移动方向与y轴的夹角
 * 顺时针为正，逆时针为负
 * @param {Object} origin 起始位置 {x,y}
 * @param  {Object} target 终点位置 {x,y}
 * @returns {number}
 */
getAngle (origin, target) {
  const deltaX = target.x - origin.x
  const deltaY = target.y - origin.y
  const rad = Math.atan2(deltaY, deltaX)
  let angle = rad * 180 / Math.PI
  angle = angle >= 0 ? angle : 360 + angle
  angle = 90 - angle // 将角度转换为与y轴的夹角
  const res = angle >= -180 ? angle : angle + 360 // 确定顺逆时针方向
  return res * -1
}

6.最后让NPC图层和3DTiles图层尽量融合，增加3D切片的实景图层，手动调整路径数据与实景吻合即可。

// 添加卫星影像地图
const satelliteLayer = new AMap.TileLayer.Satellite()
getMap().add([satelliteLayer])


//创建3D切片图层
const layer = new TilesLayer({
    map: getMap(),
    center: mapConf.center,
    zooms: [4, 22],
    zoom: mapConf.zoom,
    interact: false,
    tilesURL: mapConf.tilesURL
})

干货！如何在高德地图实现自动巡航效果？