实现一个渲染变换(Rendering Transformation)

简介

渲染转换是一种特殊的WPS过程，它运行在Geoserver WMS渲染管道中，对数据进行转换，以提供更有效的可视化。本节介绍如何在Java中实现呈现转换过程

呈现转换非常通用，可以转换输入数据的内容和格式。内容转换通常涉及复杂的地理空间处理，需要访问整个数据集(与几何转换不同，几何学转换一次只对单个空间特征进行操作)。格式转换从矢量转换到栅格，反之亦然，以产生适合于所需可视化的输出格式(例如，用于显示连续曲面的瓦片，或用于显示离散对象的矢量数据)。

有关Geoserver中渲染转换功能的更多信息，请参阅Geoserver用户指南的渲染转换部分。

渲染转换的生命周期

要实现渲染转换，首先就要了解它在GeoServer中的生命周期以及执行的操作。一个渲染转换是在SLD中通过在要素中声明要素完成的。这个元素()生命了转换过程的名称和值以及渲染参数。
下面是实现gs:Heatmap转换在SLD中声明的代码：

<FeatureTypeStyle>
           <Transformation>
             <ogc:Function name="gs:Heatmap">
               <ogc:Function name="parameter">
                 <ogc:Literal>data</ogc:Literal>
               </ogc:Function>
               <ogc:Function name="parameter">
                 <ogc:Literal>weightAttr</ogc:Literal>
                 <ogc:Literal>pop2000</ogc:Literal>
               </ogc:Function>
               <ogc:Function name="parameter">
                 <ogc:Literal>radiusPixels</ogc:Literal>
                 <ogc:Function name="env">
                   <ogc:Literal>radius</ogc:Literal>
                   <ogc:Literal>100</ogc:Literal>
                 </ogc:Function>
               </ogc:Function>
               <ogc:Function name="parameter">
                 <ogc:Literal>pixelsPerCell</ogc:Literal>
                 <ogc:Literal>10</ogc:Literal>
               </ogc:Function>
               <ogc:Function name="parameter">
                 <ogc:Literal>outputBBOX</ogc:Literal>
                 <ogc:Function name="env">
                   <ogc:Literal>wms_bbox</ogc:Literal>
                 </ogc:Function>
               </ogc:Function>
               <ogc:Function name="parameter">
                 <ogc:Literal>outputWidth</ogc:Literal>
                 <ogc:Function name="env">
                   <ogc:Literal>wms_width</ogc:Literal>
                 </ogc:Function>
               </ogc:Function>
               <ogc:Function name="parameter">
                 <ogc:Literal>outputHeight</ogc:Literal>
                 <ogc:Function name="env">
                   <ogc:Literal>wms_height</ogc:Literal>
                 </ogc:Function>
               </ogc:Function>
             </ogc:Function>
           </Transformation>

在WMS请求中我们使用SLD来指定变换，所有的参数都是在SLD文档中指定的参数。一些参数值必须由SLD变量指定。参考上图。
在执行转换过程之前，可以通过可选的反向查询(invertQuery)或invertGridGeometry方法，将查询Geoserver所做的查询重写到源数据存储。这允许转换扩大查询范围，因为某些类型的转换可能需要包含位于原始查询窗口之外的数据。渲染变换是可以扩大查询范围的，因为某些类型的转换可能需要包含位于原始查询数据之外的数据。

然后对源数据存储执行查询，并对结果数据集执行转换过程。转换返回的数据集要么格式相同要么格式不同。如果坐标系和需求不一样还会被自动转换。最后，输出数据集通过渲染管道传递，由SLD的中定义的符号符进行样式设置。

转换过程类 (Transformation process class)

和其它WPS过程类似，渲染转换的实现也是通过Java类的。一个服务过程(process)需要实现GSProcess marker接口。并且需要通过applicationContext.xml文件来注册到GeoServer中。另外如果需要了解更多关于如果构建以及如何注册等信息请参阅WPS服务构建章节(上一篇哦)。

WPS服务必须提供关于这个服务的元数据以及参数。最简单的方法是使用GeoTools annotation-based Process API,它使用了Java注解来指定元数据。例如，下面的代码展示了渲染变换(gs:Heatmap)元数据指定的过程。

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@DescribeProcess(title = "Heatmap",
             description = "Computes a heatmap surface over a set of irregular data points as a GridCoverage.")
public class HeatmapProcess implements GeoServerProcess {

GeoServer对于每个渲染变换实现单个实例。这意味着呈现转换类必须是无状态的，使得我们可以通过调用他们来处理不同的请求。这是通过避免在类中声明任何实例变量来确保的。对于复杂的转换，可能需要实现一个辅助类，以允许使用实例变量。

译者注：这里面的意思应该是每个WPS服务实现都是有一个类不会，那么在多线程情况下，如果里面有变量可能会是线程不安全的，所以变量建议通过别的类来存储，这样避免变量串了。

执行方法(execute method)

像所有的服务过程类(process classes)一样，一个渲染转换类必须实现一个执行方法，来教会GeoServer如何执行转换。执行方法的签名(DescribeResult、DescribeParameter)指定输入参数的类型和过程结果。

一个Heatmap变换的执行结果如下：

@DescribeResult(name = "result", description = "The heat map surface as a raster")
public GridCoverage2D execute(

  // tranformation input data
  @DescribeParameter(name = "data", description = "Features containing the data points")
    SimpleFeatureCollection obsFeatures,

  // process parameters
  @DescribeParameter(name = "radiusPixels",
                     description = "Radius to use for the kernel, in pixels")
    Integer argRadiusPixels,
  @DescribeParameter(name = "weightAttr",
              description = "Featuretype attribute containing the point weight value",
                     min = 0, max = 1)
     String valueAttr,
  @DescribeParameter(name = "pixelsPerCell",
                     description = "Number of pixels per grid cell (default = 1)",
                     min = 0, max = 1)
    Integer argPixelsPerCell,

  // output map parameters
  @DescribeParameter(name = "outputBBOX",
                     description = "Georeferenced bounding box of the output")
    ReferencedEnvelope argOutputEnv,
  @DescribeParameter(name = "outputWidth", description = "Width of the output raster")
    Integer argOutputWidth,
  @DescribeParameter(name = "outputHeight", description = "Height of the output raster")
    Integer argOutputHeight,

  ) throws ProcessException {
  ...

输入参数(Input parameters)

一个受支持的输入参数是通过execute方法的参数传入的。元数据则是通过@DescribeParameter注解获取的。

要接受要转换的输入数据，过程必须定义一个输入参数，类型为SimpleFeatureCollection或GridCoverage2D。在GeoServer支持数据作为参数传入，来执行过程，但是需要指定上面所说的参数。可以定义任意数量的其他参数。参数可以是强制性的，也可以是可选的(如果不存在，可选参数的值为NULL)。可以通过定义数组值参数来接受值列表.

有些转换需要有关请求地图的范围和坐标系统的信息，并要求图像的宽度和高度。这些需要的情况包括：

1、转换操作依赖请求分辨率;
2、转换操作计算的是一个栅格结果，需要目标坐标系来达到一个最佳效果；

这些值可以从SLD预定义变量中获得，并通过ReferencedEncrype和Integer类型的参数传入。(有关所有可用预定义变量的详细信息，请参阅“用户指南”中的SLD部分中的变量替换。)

在Heatmap变换的情况下，请求分辨率会被用于整个数据范围内的像素半径参数，另外输出栅格也会在需要的坐标系下进行计算避免不被期望的投影。

为了支持这个变换需要定义outputBBOX、outputWidth以及outputHeight参数。这些是由预定义的SLD变量提供的，如上面SLD片段。

变换输出(Transformation output)

变换的输出是一个新的( SimpleFeatureCollection 或者 GridCoverage2D类型的)数据集,返回类型需要在execute的返回类型中指定。名称以及元数据由execute方法的@DescribeResult注解负责提供。

如果输出数据集数据的坐标系与地图输出的坐标系不符，GeoServer将会自己动调整坐标。另外我们可以通过设置请求坐标系来解决避免自动转换（一定要明确坐标系）。

查询重写(Query rewriting)

如果需要，渲染转换有能力改变对源数据集的查询。允许扩展要读取的数据的范围，对于某些类型的转换（特别是通过计算围绕输入的空间窗口来确定结果的那些）是必要的。这也允许控制查询优化（例如，确保几何抽取不阻止点特征被读取）。

译者注：我的理解就是读取的范围可以扩大或者精炼。

查询重写是通过提供InvertQuery或invertGridGeometry方法来实现的。这些方法的一般签名是：

1 2	X invertX( [inputParam,]* Query targetQuery, GridGeometry targetGridGeometry)

targetQuery参数是请求的查询构造体。

targetGridGeometry是被请求的输出地图的地理参考范围。他不会被用在数据查询汇总，但可能需要与转换参数一起使
用，以确定如何重写查询。例如，如果在输出单元中指定了参数，那么输出范围信息将该值转换为与输入CRS相适应的值。

自己实现？

此外，这些方法可以接受为执行方法定义的任意数量的输入参数。如果定义了这些参数，他们也必须通过@DescribeParameter参数在execute中进行注解。

invertQuery方法

这个方法会在渲染变换处理矢量数据是调用（输入数据的类型是SimpleFeatureCollection）。

这个方法会返回一个新的查询值，包含了范围或查询优化所需的任何更改。它被用于查询资源数据集。

热力图渲染过程实现了invertQuery来增大查询范围。这个查询范围则是通过与radiusPixels参数相关的ground size决定的。

The Heatmap process implements the invertQuery method in order to enlarge the query extent by the ground size corresponding to the radiusPixels parameter.
这句ground size是啥？

为了允许将像素尺寸转换为ground distance，还需要提供输出地图范围的输入参数。所实现的方法的签名是：

public Query invertQuery(
        @DescribeParameter(name = "radiusPixels",
                       description = "Radius to use for the kernel", min = 0, max = 1)
          Integer argRadiusPixels,
        // output image parameters
        @DescribeParameter(name = "outputBBOX",
                       description = "Georeferenced bounding box of the output")
          ReferencedEnvelope argOutputEnv,
        @DescribeParameter(name = "outputWidth",
                       description = "Width of the output raster")
          Integer argOutputWidth,
        @DescribeParameter(name = "outputHeight",
                       description = "Height of the output raster")
          Integer argOutputHeight,

        Query targetQuery, GridGeometry targetGridGeometry
   ) throws ProcessException {
        ...

invertGridGeometry 方法

这个方法会在渲染栅格数据时（输入格式是GridCoverage2D）时被调用。该方法返回一个新的GridGeometry值，用作对源栅格数据集的查询范围。

在总结

总结一下，渲染变换的重点是:

1、再输入的时候必须有个输入参数是FeatureCollection或者GridCoverage2D。
2、在输入参数中包含地图范围和图像尺寸是很有用的。
3、输出是必须有单一一个输出结果是FeatureCollection类型或者GridCoverage2D类型。
4、invertQuery和invertGridGeometry方法为可选项，可以被提供来重写数据查询。
5、注意渲染变换代码的无状态问题。

GeoServer 实现一个渲染变换(Rendering Transformation)