Cesium与cesium-heatmap实战：高性能三维热力图的生成与优化

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传统二维热力图在三维 GIS 场景中存在明显不足：

投影失真：将二维热力图层直接叠加到三维地形时会出现拉伸变形
性能瓶颈：超过 10 万点数据时，Canvas2D 渲染平均帧率降至 15FPS 以下
无深度感知：无法根据相机距离动态调整热力强度表现

实测数据对比（i7-11800H/RTX3060）：

数据量	二维热力图 FPS	三维热力图 FPS
1 万点	58	62
10 万点	14	55
50 万点	3	32

cesium-heatmap 相比原生 Entity API 的核心优势：

采用 WebGL 直接渲染，跳过 Entity 的中间抽象层
使用单次 draw call 完成全部点数据绘制
支持 GPU 端密度计算

内存占用对比（Chrome Memory 面板统计）：

方案	10 万点内存占用
Entity+Billboard	487MB
cesium-heatmap	112MB

/**
 * 归一化点数据到 [0,1] 范围
 * @param {Array<{x:number, y:number, value:number}>} points 
 * @returns {Float32Array} 标准化后的数据
 */
function normalizePoints(points) {const values = points.map(p => p.value);
  const max = Math.max(...values);
  const min = Math.min(...values);

  return new Float32Array(points.flatMap(p => [
    p.x, 
    p.y,
    (p.value - min) / (max - min) // 归一化值
  ]));
}

// worker.js
self.onmessage = ({data}) => {const {points, bounds} = data;
  const gridSize = 256;
  const grid = new Float32Array(gridSize * gridSize);

  // 核密度估计计算
  points.forEach(([x, y, val]) => {const gridX = Math.floor((x - bounds.west) / bounds.width * gridSize);
    const gridY = Math.floor((y - bounds.south) / bounds.height * gridSize);
    grid[gridY * gridSize + gridX] += val;
  });

  self.postMessage(grid);
};

// heatmap.glsl
float getDensity(vec2 coord) {
  float sum = 0.0;
  float radius = 0.05;

  for (int i = 0; i < NUM_POINTS; i++) {
    vec2 pointPos = texture2D(pointTexture, vec2((float(i) + 0.5) / float(NUM_POINTS), 0.5)).rg;
    float val = texture2D(pointTexture, vec2((float(i) + 0.5) / float(NUM_POINTS), 0.5)).b;

    float dist = distance(coord, pointPos);
    sum += val * exp(-dist * dist / (2.0 * radius * radius));
  }

  return clamp(sum, 0.0, 1.0);
}

确保所有坐标使用 WGS84 经纬度
高度值设为 0 时可能嵌入地形表面，建议设置最小高度：

viewer.scene.globe.depthTestAgainstTerrain = false;

在材质中增加深度偏移：

gl_FragDepth = gl_FragCoord.z + 0.0001;

viewer.scene.contextLost.addEventListener(() => {heatmapInstance.recreateResources();
});

在 Chrome 开发者工具中打开 Performance 面板
开始录制后操作场景旋转 / 缩放
分析主要耗时环节：
黄色区域：JavaScript 执行时间
紫色区域：渲染耗时
查找耗时最长的 Task 和 Function Call

典型优化点：

减少每帧传递到 GPU 的数据量
合并多次 uniform 更新
使用 instanced drawing 替代单独绘制

所有 GLSL 代码必须包含逐行注释：

// 计算高斯核函数
float gaussian(float dist, float radius) {// 1/(2πr²) * e^(-dist²/2r²)
  return exp(-(dist * dist) / (2.0 * radius * radius));
}

JavaScript 函数需包含完整 JSDoc：

/**
 * 更新热力图数据
 * @param {Float32Array} data - 标准化后的点数据
 * @param {Cesium.Rectangle} bounds - 数据边界范围
 * @returns {Promise<void>}
 */
async function updateHeatmap(data, bounds) {// ...}

当需要实时显示全球航班热力图时，建议考虑：