基于Java和GeoTools的Shapefile矢量數(shù)據(jù)縮略圖生成實(shí)踐
前言
在很多的面向WebGIS的應(yīng)用開發(fā)過程中，我們通常會將空間地理數(shù)據(jù)，比如Shapefile等矢量數(shù)據(jù)或者Tiff等柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)布到GIS服務(wù)器中。為了能直觀的展示這些空間矢量數(shù)據(jù)或者柵格數(shù)據(jù)的空間范圍及大致的數(shù)據(jù)邊界，我們需要將服務(wù)化之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行縮略圖的預(yù)覽展示。如果大家熟悉GeoServer或者ArcgisServer的話，對這個(gè)需求一定不陌生。如果我們是自己發(fā)布的GIS服務(wù)，怎么提供這種類似的空間數(shù)據(jù)的預(yù)覽服務(wù)呢？在不引入其它的外部服務(wù)的情況下。這是個(gè)值得思考的問題。
本文即是在上述的需求場景下出現(xiàn)的。本文主要使用Java語言，講解如何使用GeoTools這個(gè)組件來進(jìn)行空間Shapefile數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖片，從而實(shí)現(xiàn)服務(wù)縮略圖的功能。文章通過實(shí)例的模式講解預(yù)覽圖片的生成，對于在研究Java的服務(wù)預(yù)覽圖片生成的同學(xué)和朋友有一定的參考價(jià)值。
一、關(guān)于GeoTools的圖片生成
關(guān)于GeoTools這個(gè)使用Java開發(fā)的地理開發(fā)組件，它提供了許多豐富的功能和生態(tài)來幫助我們實(shí)現(xiàn)圖片的生成操作。關(guān)于GeoTools的整體架構(gòu)和相關(guān)知識，我想在后面的章節(jié)中再慢慢介紹。今天先試用它的圖形渲染功能來實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的可視化渲染。本節(jié)重點(diǎn)講解Geotools當(dāng)中的GTRenderer功能。
1、關(guān)于GtRenderer
關(guān)于在GeoTools中使用圖像渲染和生成的功能，我們會使用到GtRenderer這個(gè)組件。它在GeoTools的官網(wǎng)原文中的介紹如下：
GTRendererrenderer is the reason why you signed up for this whole GeoTools experience; you want to see a Map.
GTRendereris actually an interface; currently there are two implementations:
2、關(guān)于 圖像生成架構(gòu)
為了實(shí)現(xiàn)空間對象的生成，我們來看下它的后臺使用類的生成關(guān)系。這個(gè)圖可以參考管網(wǎng)給出的一個(gè)類關(guān)系圖。
當(dāng)然，上圖中的相關(guān)接口和類中，尤其是在實(shí)現(xiàn)類中，實(shí)現(xiàn)類的方法和屬性的定義是非常多的。但是在上圖中做了一定的處理，沒有展示那么多的方法。這里，我們會對StreamIngRenderer這個(gè)類比官網(wǎng)多一些的詳細(xì)說明。 詳細(xì)說明為什么使用流式計(jì)算，在實(shí)際的繪圖過程中，有哪些方法是比較重要的
在面向?qū)ο蟮膶W(xué)習(xí)過程中，我們選擇從接口或者抽象類，自頂向下的方式來研究相關(guān)的類。因此，在這里，我們首先對抽象的接口GTRenderer進(jìn)行研究。GTRenderer的源碼不多，主要定義的都是關(guān)于如何繪制的API，這里直接給出它的代碼：
package org.geotools.renderer;
import java.awt.Graphics2D;
import java.awt.Rectangle;
import java.awt.RenderingHints;
import java.awt.geom.AffineTransform;
import java.util.Map;
import org.geotools.geometry.jts.ReferencedEnvelope;
import org.geotools.map.MapContent;
import org.locationtech.jts.geom.Envelope;
public interface GTRenderer {
public void stopRendering();
public void addRenderListener(RenderListener listener);
public void removeRenderListener(RenderListener listener);
public void setJava2DHints(RenderingHints hints);
public RenderingHints getJava2DHints();
public void setRendererHints(Map<?, ?> hints);
public Map<Object, Object> getRendererHints();
public void setMapContent(MapContent mapContent);
public MapContent getMapContent();
public void paint(Graphics2D graphics, Rectangle paintArea, AffineTransform worldToScreen);
public void paint(Graphics2D graphics, Rectangle paintArea, Envelope mapArea);
public void paint(Graphics2D graphics, Rectangle paintArea, ReferencedEnvelope mapArea);
public void paint( Graphics2D graphics,Rectangle paintArea,Envelope mapArea,AffineTransform worldToScreen);
public void paint(Graphics2D graphics, Rectangle paintArea,ReferencedEnvelope mapArea,AffineTransform worldToScreen);
}在上面的方法中，我已經(jīng)把相關(guān)的注釋全部刪除，在這個(gè)渲染接口中其實(shí)比較重要的方法其實(shí)就那么幾個(gè)，第一是設(shè)置RenderingHints，第二是設(shè)置MapContent對象，第三就是執(zhí)行具體的繪制，即上面代碼中的Paint方法，在上面的代碼中，一共提供了5個(gè)重載的方法，在實(shí)際使用的時(shí)候，大家根據(jù)自己的需要來進(jìn)行靈活的選擇。
3、流式計(jì)算繪制
在定義了圖片繪制的接口之后，最重要的是要實(shí)現(xiàn)圖片的寫入，這里需要來看一下GTRenderer對象的子類，即：
可以看到在StreamingRenderer中定義了非常多的屬性以及方法來支撐圖片的繪制。 接下來我們看下繪制的相關(guān)類，為什么渲染的速度這么快。
/** The thread pool used to submit the painter workers. */ private ExecutorService threadPool; private PainterThread painterThread;
在代碼中可以看到以上代碼片段，在進(jìn)行繪制的時(shí)候，內(nèi)部會使用線程池的方式來實(shí)現(xiàn)，所以這也是為什么處理效率比較高效的原因。
ExecutorService localThreadPool = threadPool;
boolean localPool = false;
if (localThreadPool == null) {
localThreadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();
localPool = true;
}
Future painterFuture = localThreadPool.submit(painterThread);
List<CompositingGroup> compositingGroups = null;從這個(gè)代碼可以看出，這里的處理線程池，我們可以在外部傳入一個(gè)指定的線程池來進(jìn)行任務(wù)的處理。如果外部沒有傳入線程池，在內(nèi)部也會創(chuàng)建出一個(gè)線程對象來，這樣就保證了一定會有一個(gè)線程池來進(jìn)行處理?？梢钥吹剑@里的線程池采用的是Future的方式，與我們常見的Thread的方式有所區(qū)別，請大家注意。
下面給出一個(gè)官網(wǎng)提供的將shp文件寫出到圖片文件的java實(shí)例代碼。
public void saveImage(final MapContent map, final String file, final int imageWidth) {
GTRenderer renderer = new StreamingRenderer();
renderer.setMapContent(map);
Rectangle imageBounds = null;
ReferencedEnvelope mapBounds = null;
try {
mapBounds = map.getMaxBounds();
double heightToWidth = mapBounds.getSpan(1) / mapBounds.getSpan(0);
imageBounds = new Rectangle(
0, 0, imageWidth, (int) Math.round(imageWidth * heightToWidth));
} catch (Exception e) {
// failed to access map layers
throw new RuntimeException(e);
}
BufferedImage image = new BufferedImage(imageBounds.width, imageBounds.height, BufferedImage.TYPE_INT_RGB);
Graphics2D gr = image.createGraphics();
gr.setPaint(Color.WHITE);
gr.fill(imageBounds);
try {
renderer.paint(gr, imageBounds, mapBounds);
File fileToSave = new File(file);
ImageIO.write(image, "jpeg", fileToSave);
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}二、全球空間預(yù)覽生成實(shí)戰(zhàn)
在之前的博文中，我們講解了如何使用Geotools來進(jìn)行shapefile的空間數(shù)據(jù)的生成。這里還是以全球的矢量數(shù)據(jù)為例，結(jié)合sld空間樣式控制。我們使用GeoTools來生成一張圖片，使用上面講到的GTRenderer對象來實(shí)現(xiàn)圖片縮略圖的生成。
1、pom.xml中關(guān)于圖像生成依賴
要想實(shí)現(xiàn)在Geotools中進(jìn)行圖像生成，需要引入相關(guān)的依賴包。這里給出依賴的maven配置，請注意，這是基本的pom.xml，其它的geotools的依賴，請自行引入。
<dependency>
<groupId>org.geotools</groupId>
<artifactId>gt-referencing</artifactId>
<version>${geotools.version}</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.geotools</groupId>
<artifactId>gt-epsg-hsql</artifactId>
<version>${geotools.version}</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.geotools</groupId>
<artifactId>gt-epsg-extension</artifactId>
<version>${geotools.version}</version>
</dependency>2、樣式設(shè)置及地圖資源綁定
為了讓地圖更好看，需要我們對地圖進(jìn)行樣式的設(shè)置，關(guān)于SLD的解析和使用，我們不再贅述，直接提供代碼。大家可以直接拷貝過去使用。
private Style createStyleFromSld(String uri)
throws XPathExpressionException, IOException, SAXException, ParserConfigurationException {
DocumentBuilderFactory dbf = DocumentBuilderFactory.newInstance();
DocumentBuilder db = dbf.newDocumentBuilder();
Document xmlDocument = db.parse(uri);
XPath xPath = XPathFactory.newInstance().newXPath();
String version = xPath.compile("/StyledLayerDescriptor/@version").evaluate(xmlDocument);
Configuration sldConf;
if (version != null && version.startsWith("1.1")) {
sldConf = new org.geotools.sld.v1_1.SLDConfiguration();
} else {
sldConf = new org.geotools.sld.SLDConfiguration();
}
StyledLayerDescriptor sld = (StyledLayerDescriptor) new org.geotools.xsd.DOMParser(sldConf, xmlDocument)
.parse();
NamedLayer l = (NamedLayer) sld.getStyledLayers()[0];
Style style = l.getStyles()[0];
return style;
}加載樣式之后，還需要將地圖的樣式和地圖進(jìn)行綁定。如下面的代碼所示：
/**
* 添加shp文件
*
* @param shpPath
*/
@SuppressWarnings("deprecation")
public void addShapeLayer(String shpPath, String sldPath) {
try {
File file = new File(shpPath);
ShapefileDataStore shpDataStore = null;
shpDataStore = new ShapefileDataStore(file.toURL());
// 設(shè)置編碼
Charset charset = Charset.forName("GBK");
shpDataStore.setCharset(charset);
String typeName = shpDataStore.getTypeNames()[0];
SimpleFeatureSource featureSource = null;
featureSource = shpDataStore.getFeatureSource(typeName);
// SLD的方式
Style style = null;
try {
style = createStyleFromSld(sldPath);
} catch (Exception e) {
}
Layer layer = new FeatureLayer(featureSource, style);
map.addLayer(layer);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}上面兩個(gè)方法都比較簡單，而且在之前的博客中也曾經(jīng)講過，實(shí)現(xiàn)map的讀取和樣式的綁定。在介紹了上面的兩個(gè)方法之后，我們來講述如何進(jìn)行圖片的生成。
3、圖片生成繪制
在講解圖片的繪制時(shí)，有幾個(gè)小小的知識點(diǎn)是需要講述的。首先是參考坐標(biāo)，我們在進(jìn)行繪圖時(shí)，需要獲取系統(tǒng)的參考坐標(biāo)，然后根據(jù)參考坐標(biāo)，將需要繪制的地圖范圍進(jìn)行設(shè)置，也就是相當(dāng)于生成ReferencedEnvelope。然后Graphics這個(gè)java的2d圖像生成對象將Map對象繪制成圖片，從而實(shí)現(xiàn)縮略圖的生成功能。
/**
* 根據(jù)四至、長、寬獲取地圖內(nèi)容，并生成圖片
*
* @param paras
* @param imgPath
*/
public void getMapContent(Map<String, Object> paras, String imgPath) {
try {
double[] bbox = (double[]) paras.get("bbox");
double x1 = bbox[0], y1 = bbox[1], x2 = bbox[2], y2 = bbox[3];
int width = (int) paras.get("width"), height = (int) paras.get("height");
// 設(shè)置輸出范圍
CoordinateReferenceSystem crs = DefaultGeographicCRS.WGS84;
// CoordinateReferenceSystem crs = CRS.decode("EPSG:4326");
ReferencedEnvelope mapArea = new ReferencedEnvelope(x1, x2, y1, y2, crs);
// 初始化渲染器
StreamingRenderer sr = new StreamingRenderer();
sr.setMapContent(map);
// 初始化輸出圖像
BufferedImage bi = new BufferedImage(width, height, BufferedImage.TYPE_INT_ARGB);
Graphics g = bi.getGraphics();
((Graphics2D) g).setRenderingHint(RenderingHints.KEY_ANTIALIASING, RenderingHints.VALUE_ANTIALIAS_ON);
((Graphics2D) g).setRenderingHint(RenderingHints.KEY_TEXT_ANTIALIASING,
RenderingHints.VALUE_TEXT_ANTIALIAS_ON);
Rectangle rect = new Rectangle(0, 0, width, height);
// 繪制地圖
sr.paint((Graphics2D) g, rect, mapArea);
// 將BufferedImage變量寫入文件中。
ImageIO.write(bi, "png", new File(imgPath));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}4、圖片生成測試
下面我們進(jìn)行實(shí)際的圖片生成測試，測試的代碼如下：
public static void main(String[] args) {
long start = System.currentTimeMillis();
Shp2Image shp2img = new Shp2Image();
String shpPath = "F:/wzh_workspace_20210320/geotools-fx/src/main/resources/maps/countries.shp";
String sldPath = "F:/wzh_workspace_20210320/geotools-fx/src/main/resources/maps/countries1.1.0-2.sld";
String imgPath = "D:/countries0819-美國.png";
Map<String, Object> paras = new HashMap<String, Object>();
double[] bbox_usa = new double[] { -145.40999, 9.93976, -65.062300,81.12722 };
paras.put("bbox", bbox_usa);
paras.put("width", 1020);
paras.put("height", 800);
shp2img.addShapeLayer(shpPath, sldPath);
shp2img.getMapContent(paras, imgPath);
System.out.println("縮略圖生成完成，共耗時(shí)" + (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");
}以上就是完成將shp數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為圖片的生成代碼，下面我們就可以運(yùn)行相應(yīng)的程序來進(jìn)行調(diào)用測試。請注意，這里的bbox是想要生成的區(qū)域的空間區(qū)域的BBOX，也就是最大矩形外包框的坐標(biāo)位置。還有需要生成圖片的高度和寬度，在指定好這些參數(shù)之后就可以調(diào)用相應(yīng)的應(yīng)用程序來生成。
三、成果驗(yàn)證
下面來進(jìn)行成果的驗(yàn)證，我們分別定義了以下的城市，首先是全世界的地圖范圍圖片生成，然后是中國圖片生成、日本及美國的地圖范圍生成。當(dāng)然每個(gè)不同的城市的bbox是不一樣的，還要傳入不同的bbox值進(jìn)行驗(yàn)證。
1、全球范圍生成
全球的bbox范圍值如下：
double[] bbox = new double[]
{-179.9999999999999716,-90.0000000188696276,180.0000000000000000,83.6274185352932022};
接下來看一下全球的生成視圖：
2、我國的范圍示意圖
我國的經(jīng)緯度位置范圍大致是：
double[] bbox_china = new double[] { 73.409999999999716, -3.5300000188696276, 135.0623000000000000,53.6274185352932022 };
3、日本范圍生成
日本的經(jīng)緯度bbox范圍如下：
double[] bbox_japan = new double[] { 122.409999999999716, 22.9300000188696276, 151.0623000000000000,47.1274185352932022 };
四、總結(jié)
以上就是本文的主要內(nèi)容，本文主要使用Java語言，講解如何使用GeoTools這個(gè)組件來進(jìn)行空間Shapefile數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖片，從而實(shí)現(xiàn)服務(wù)縮略圖的功能。文章通過實(shí)例的模式講解預(yù)覽圖片的生成，對于在研究Java的服務(wù)預(yù)覽圖片生成的同學(xué)和朋友有一定的參考價(jià)值。 閱讀本文，不僅可以學(xué)習(xí)到如何將shp數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖片縮略圖，還可以進(jìn)一步復(fù)習(xí)geotools包的具體使用。當(dāng)前，關(guān)于圖像生成的很多資源不足或者介紹不夠深入，這里將比較詳細(xì)的解釋相關(guān)知識，同時(shí)給出具體的實(shí)例。行文倉促，定有不當(dāng)之處，懇請各位專家學(xué)者博友在評論區(qū)留下寶貴的意見，萬分感激。
到此這篇關(guān)于基于Java和GeoTools的Shapefile矢量數(shù)據(jù)縮略圖生成實(shí)踐的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java和GeoTools的Shapefile矢量數(shù)據(jù)縮略圖內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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