Реализация рендера карт общего профиля для JavaFX (часть 1: модель)

Есть только несколько вещей, которые можно сказать о MercatorProjection:

• JavaFXScript не предоставляет побитовые операторы (ни сдвиг, ни побитовые операции). Вместо них есть класс javafx.util.Bits с некоторыми статическими методами.
• В то время как вы можете использовать java.lang.Math для доступа к некоторым математическим функциям, в мобильном профиле этого класса не хватает многих вещей (потому что это реализация JME), включая экспоненциальные и тригонометрические функции, которые необходимы системе проекции карты. Начиная с JavaFX 1.2 у вас есть класс javafx.util.Math со всем необходимым, и это небольшое, но важное улучшение.

package it.tidalwave.geo.mapfx.model;

public abstract class Projection
  {
    public abstract function longitudeToX (longitude : Number, zoomLevel : Integer) : Integer;

    public abstract function latitudeToY (latitude : Number, zoomLevel : Integer) : Integer;

    public abstract function xToLongitude (x : Integer, zoomLevel : Integer) : Number;

    public abstract function yToLatitude (y : Integer, zoomLevel : Integer) : Number;

    public function coordinatesToPoint (coordinates : Coordinates, zoomLevel : Integer) : Point
      {
        return Point
          {
            y: latitudeToY(coordinates.latitude, zoomLevel)
            x: longitudeToX(coordinates.longitude, zoomLevel)
          };
      }

    public function pointToCoordinates (point : Point, zoomLevel : Integer) : Coordinates
      {
        return Coordinates
          {
            latitude:  yToLatitude(point.y, zoomLevel)
            longitude: xToLongitude(point.x, zoomLevel)
          }
      }

    public abstract function metersPerPixel (coordinates : Coordinates, zoomLevel : Integer) : Number;
  }


package it.tidalwave.geo.mapfx.model;

import javafx.util.Bits;
import javafx.util.Math;

public class MercatorProjection extends Projection
  {
    public-init var maxZoomLevel : Integer;

    public-init var tileSize : Integer;

    def EARTH_RADIUS = 6378137;
    def EARTH_CIRCUMFERENCE = EARTH_RADIUS * 2.0 * Math.PI;
    def EARTH_HALF_CIRCUMFERENCE = EARTH_CIRCUMFERENCE / 2;

    override function metersPerPixel (coordinates : Coordinates, zoomLevel : Integer) : Number
      {
        return earthArc(zoomLevel) * Math.cos(Math.toRadians(coordinates.latitude));
      }

    override function longitudeToX (longitude : Number, zoomLevel : Integer) : Integer
      {
        def metersX = EARTH_RADIUS * Math.toRadians(longitude);
        return Math.round((EARTH_HALF_CIRCUMFERENCE + metersX) / earthArc(zoomLevel));
      }

    override function latitudeToY (latitude : Number, zoomLevel : Integer) : Integer
      {
        def sinLat = Math.sin(Math.toRadians(latitude));
        def metersY = EARTH_RADIUS / 2 * Math.log((1 + sinLat) / (1 - sinLat));
        return Math.round((EARTH_HALF_CIRCUMFERENCE - metersY) / earthArc(zoomLevel));
      }

    override function xToLongitude (x : Integer, zoomLevel : Integer) : Number
      {
        def metersX = x * earthArc(zoomLevel) - EARTH_HALF_CIRCUMFERENCE;
        return Math.toDegrees(metersX / EARTH_RADIUS);
      }

    override function yToLatitude (y : Integer, zoomLevel : Integer) : Number
      {
        def metersY = EARTH_HALF_CIRCUMFERENCE - y * earthArc(zoomLevel);
        def exp = Math.exp(metersY / (EARTH_RADIUS / 2));
        return Math.toDegrees(Math.asin((exp - 1) / (exp + 1)));
      }

    function earthArc (zoomLevel : Integer): Number
      {
        return EARTH_CIRCUMFERENCE / ((Bits.shiftLeft(1, maxZoomLevel - zoomLevel)) * tileSize);
      }
  }

TileSource, TileSourceSupport

TileSource — это класс, который предоставляет листы карты для заданных координат; более конкретно, он предоставляет те же возможности преобразования Projection, с помощью дополнительной функции findTileURL (), которая возвращает URL-адрес фрагмента карты, который должен быть загружен из удаленной службы предоставления карт, такой как OpenStreetMap или Microsoft Visual Earth.

TileSourceSupport — это частичная реализация, которая делегирует функции преобразования координат экземпляру Projection; конкретные реализации должны наследоваться от этого класса, обеспечивая реализацию findTileURL ().

package it.tidalwave.geo.mapfx.model;

public abstract class TileSource
  {
    public-read protected var displayName : String;

    public-read protected  var maxZoomLevel : Integer;

    public-read protected  var minZoomLevel : Integer;

    public-read protected  var defaultZoomLevel : Integer;

    public-read protected  var cachePrefix : String;

    public-read protected  var tileSize : Integer; 

    public abstract function findTileURL (x : Integer, y : Integer, zoomLevel : Integer) : String;

    public abstract function coordinatesToPoint (coordinates : Coordinates, zoomLevel : Integer) : Point;

    public abstract function pointToCoordinates (point : Point, zoomLevel : Integer): Coordinates;

    public abstract function longitudeToX (longitude : Number, zoomLevel : Integer) : Integer;

    public abstract function latitudeToY (latitude : Number, zoomLevel : Integer) : Integer;

    public abstract function metersPerPixel (coordinates : Coordinates, zoomLevel : Integer) : Number;

    override function toString()
      {
        return "TileSource[{displayName}, zoom: {minZoomLevel}-{maxZoomLevel};{defaultZoomLevel} "
               "cachePrefix: {cachePrefix} tileSize:{tileSize}";
      }
  }


package it.tidalwave.geo.mapfx.model;

public abstract class TileSourceSupport extends TileSource
  {
    public-read protected var projection : Projection;
    
    override function coordinatesToPoint (coordinates : Coordinates, zoomLevel : Integer) : Point
      {
        return projection.coordinatesToPoint(coordinates, zoomLevel);
      }

    override function pointToCoordinates (point : Point, zoomLevel : Integer) : Coordinates
      {
        return projection.pointToCoordinates(point, zoomLevel);
      }

    override function latitudeToY (latitude : Number, zoomLevel : Integer) : Integer
      {
        return projection.latitudeToY(latitude, zoomLevel);
      }

    override function longitudeToX (longitude : Number, zoomLevel : Integer) : Integer
      {
        return projection.longitudeToX(longitude, zoomLevel);
      }

    override function metersPerPixel (coordinates : Coordinates, zoomLevel : Integer) : Number
      {
        return projection.metersPerPixel(coordinates, zoomLevel);
      }
  }

Реализации TileSource для OpenStreetMaps и Microsoft Visual Earth

Ниже вы можете найти источники конкретных реализаций TileSource для двух наиболее распространенных карт, предоставляющих веб-сервисы, OpenStreetMap (OSM) и Microsoft Virtual Earth (MVE). Реализация MVE принимает параметр, который позволяет выбрать чистый картографический сервис, спутниковый сервис и картографический спутниковый сервис.

Я не буду вдаваться в подробности алгоритма, используемого для вычисления URL, так как вы можете найти их в документации двух веб-сервисов.

Единственное, на что стоит обратить внимание, это то, что реализация MVE снова демонстрирует использование javafx.lang.Bits как для сдвигов битов, так и для битов и.

В качестве примечания, хотя OSM является полностью открытым исходным кодом и может свободно использоваться, напомним, что MVE не открыт, и вам следует связаться с представителем Microsoft для получения разрешения на подключение к нему.

Код может легко работать с Картами Google, но использование их карт вне компонента веб-браузера, напрямую использующего API Карт Google в JavaScript, строго запрещено.

package it.tidalwave.geo.mapfx.model.osm;

import it.tidalwave.geo.mapfx.model.TileSourceSupport;
import it.tidalwave.geo.mapfx.model.MercatorProjection;

public class OSMTileSource extends TileSourceSupport
  {
    init
      {
        displayName      = "OpenStreetMap";
        cachePrefix      = "OSM/";
        minZoomLevel     = 1;
        maxZoomLevel     = 17;
        defaultZoomLevel = 9;
        tileSize         = 256;

        projection = MercatorProjection
          {
            maxZoomLevel: maxZoomLevel
            tileSize:     tileSize
          };
      }

    override function findTileURL (x : Integer, y : Integer, zoom : Integer) : String
      {
        return "http://tile.openstreetmap.org/{(maxZoomLevel - zoom)}/{x}/{y}.png";
      }
  }





package it.tidalwave.geo.mapfx.model.mve;

import javafx.util.Bits;
import it.tidalwave.geo.mapfx.model.TileSourceSupport;
import it.tidalwave.geo.mapfx.model.MercatorProjection;

public class Mode
  {
    var type : String;
    var ext : String;
    var displayName : String;
  }

public def MAP = Mode
  {
    displayName : "map"
    type        : "r"
    ext         : ".png"
  };

public def SATELLITE = Mode
  {
    displayName : "satellite"
    type        : "a"
    ext         : ".jpeg"
  };

public def MAP_AND_SATELLITE = Mode
  {
    displayName : "map + satellite"
    type        : "h"
    ext         : ".jpeg"
  };

public class MVETileSource extends TileSourceSupport
  {
    public-init var mode = MAP on replace
      {
        displayName = "Microsoft Virtual Earth ({mode.displayName})";
      };
    
    init
      {
        displayName      = "Microsoft Virtual Earth";
        cachePrefix      = "MVE/";
        minZoomLevel     = 1;
        maxZoomLevel     = 19;
        defaultZoomLevel = 7;
        tileSize         = 256;

        projection = MercatorProjection
          {
            maxZoomLevel: maxZoomLevel
            tileSize:     tileSize
          };
      }

    override function findTileURL (x : Integer, y : Integer, zoomLevel : Integer) : String
      {
        def quad = tileToQuadKey(x, y, maxZoomLevel - zoomLevel);
        return "http://{mode.type}{quad.charAt(quad.length() - 1)}.ortho.tiles.virtualearth.net/"
                       "tiles/{mode.type}{quad}{mode.ext}?g=1";
      }
      
    function tileToQuadKey (x : Integer, y : Integer, zoomLevel : Integer): String
      {
        var quad = "";
        var i = zoomLevel;
        
        while (i > 0)
          {
            def mask = Bits.shiftLeft(1, (i - 1));
            var cell = 0;

            if (Bits.bitAnd(x, mask) != 0)
              {
                cell++;
              }

            if (Bits.bitAnd(y, mask) != 0)
              {
                cell += 2;
              }

            quad += "{cell}";
            i--;
          }

        return quad;
      }
  }

MapModel (и MapView)

The last class we’re going to see is MapModel. It’s basically a façade for the whole system, as it’s the only class of the model that you have to instantiate in order to render a map. It can be configured with a TileSource and basically delegates its functions to it.

The current implementation is not complete. In windRose, the equivalent class (still named TileProvider) also includes support for downloading tiles from the internet with background threads (something that we don’t need in JavaFX since background downloading is performed by the runtime. But it also provides the capability of caching map tiles on the local storage, a thing that I’ve not implemented yet since JavaFX 1.2 has introduced a portable way to access the local storage (being a filesystem or anything else) that I’ve to try yet.

package it.tidalwave.geo.mapfx.model;

public class MapModel
  {
    public var tileSource : TileSource;

    public-read var maxZoomLevel = bind tileSource.maxZoomLevel;

    public-read var minZoomLevel = bind tileSource.minZoomLevel;

    public-read var defaultZoomLevel = bind tileSource.defaultZoomLevel;

    public-read var cachePrefix = bind tileSource.cachePrefix;

    public var internetDownloadAllowed = false;

    public function metersPerPixel (coordinates : Coordinates, zoomLevel : Integer) : Number
      {
        return tileSource.metersPerPixel(coordinates, zoomLevel);
      }

    public function coordinatesToPoint (coordinates : Coordinates, zoomLevel : Integer) : Point
      {
        return tileSource.coordinatesToPoint(coordinates, zoomLevel);
      }

    public function pointToCoordinates (point : Point, zoomLevel : Integer) : Coordinates
      {
        return tileSource.pointToCoordinates(point, zoomLevel);
      }

    public function findTileURL (x : Integer, y : Integer, zoomLevel : Integer) : String
      {
        return tileSource.findTileURL(x, y, zoomLevel);
      }

    public function latitudeToY (latitude : Number, zoomLevel : Integer) : Integer
      {
        return tileSource.latitudeToY(latitude, zoomLevel);
      }

    public function longitudeToX (longitude : Number, zoomLevel : Integer) : Integer
      {
        return tileSource.longitudeToX(longitude, zoomLevel);
      }
  }

While the full description of the rendering component (MapView and companions) will be published in a future article, I’m just giving you an example on how the MapModel can be used together MapView in an application:

import it.tidalwave.geo.mapfx.model.Coordinates;
import it.tidalwave.geo.mapfx.model.MapModel;
import it.tidalwave.geo.mapfx.model.mve.MVETileSource;

def mapModel = MapModel
  {
    tileSource: MVETileSource{};
  };

var centerCoordinates = Coordinates {latitude: 44.410208; longitude: 8.926315 };
    
def mapView = MapView
  {
    mapModel:            bind mapModel
    width:               480
    height:              640
    centerCoordinates:   bind centerCoordinates
    enabled:             true
  };