基于GeoTools使用JavaFx进行矢量数据可视化实战

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目录

前言

一、JavaFx展示原理说明

二、GeoTools的Maven依赖问题

三、引入Geotools相关的资源包

四、创建JavaFx的Canvas实例

五、JavaFx的Scene和Node的绑定

六、总结

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前言

        众所周知，JavaFx是Java继Swing之后的又一款用于桌面应用的开发利器。当然，现在已经是Web的时代，很多以前需要用桌面软件来支撑的软件，现在都可以使用Web的工具来完成。Web是一个大的趋势，同时现在在这里谈论JavaFx，也并不是说要深入研究。首先还是要根据市场需求来，作为Java开发人员，有可能在实际工作过程中，我们的需求方想要开发一个简单的工具。尤其是面向GIS这样的工具，首先不想像Arcgis那么大，甚至像SuperMap或者MapGIS这样的桌面端软件都不要，需求也是非常简单的，只是进行空间数据的简单可视化，或者做简单的空间分析。同时要求我们的软件是可以在跨平台的环境下运行的。当然除了Java，跨平台的可选择性还有许多。不是说跨平台只有Java能做。

        本文以全球各个国家的矢量数据的展示为例，重点讲解如何在JavaFx中进行展示，结合GeoTools来进行展示为需求背景。大家知道，geotools自身的组件框架中，gt_swing是实现桌面应用的一个可视化展示层，虽然在JavaFx中可以将Swing的一些控件进行集成，把Swing的按钮或者表格等放在JavaFx中进行渲染。但是很少把底图放在JavaFx中进行渲染的。当然，哪些使用JavaFx中的WebView嵌入了本地浏览器的不算在内。通过本文，会讲解如何将Geotools的地图在JavaFx中进行展示，大家在实际应用建设过程当中有这个需求的，可以看看博文。

一、JavaFx展示原理说明

        本节将对如何使用JavaFx进行空间数据的可视化进行说明，与Swing组件的机制不同。这里将重点讲解这两者是如何结合在一起，最终实现空间数据的可视化的。

        上图是一张JavaFx的组件架构图，最下面的是JavaFx的两个基石，Jvm和Java的相关API，这些其实都是它的底层依赖基础。 然后构建在JVM和JDK API基础之上的是相关的组件和开发工具包。这是对不同实现需求的组件封装。最上层是JavaFx的展示层，通过JavaAPI和Scene进行展示，其中Scene场景是JavaFx中一个很重要的对象。因此本文的重点也是围绕Scene来进行，通过Scene的构建和展示，帮助我们来实现空间数据的可视化展示。在实现可视化的过程中，还有一个很重要的对象，就是Canvas画布，我们在JavaFx当中实现可视化的基础，是中间渲染的桥梁。

二、GeoTools的Maven依赖问题

        关于GeoTools的Maven依赖问题，由于GeoTools工程项目的相关包不是都在Maven的中央仓库中的，因此我们在配置它的Maven依赖来就跟普通的工程是不一样的。关于GeoTools的maven依赖，其它的很多博主也有相应的文章进行介绍。这里就不再进行赘述。需要申明的是，博客编写过程中，我们的JDK使用的1.8的版本，而对应的Geotools我使用的是28.2的版本。现在Geotools的最新版本应该到31了，大家感兴趣可以到Github中查看一下GeoTools的官方仓库的信息传送门。

        应该是31.x的版本是最新的版本。不过为了兼容我们的Jdk的版本，大家用1.8的Jdk，还是可以使用28.x的版本。因此博客提供的案例都是使用28.x版本。

        如果我们的maven仓库引用的是阿里云的maven私服的话，那么在仓库的定义上要设置好，否则可能导致geotools的依赖包不能下下来。来看下项目工程的Pom.xml配置。

<repositories>
<!--从22.x后geotools由OSGeo管理-->
    <repository>
       <id>osgeo</id>
       <name>OSGeo Release Repository</name>
       <url>https://repo.osgeo.org/repository/release/</url>
       <snapshots><enabled>false</enabled></snapshots>
       <releases><enabled>true</enabled></releases>
     </repository>
     <repository>
       <id>osgeo-snapshot</id>
       <name>OSGeo Snapshot Repository</name>
       <url>https://repo.osgeo.org/repository/snapshot/</url>
       <snapshots><enabled>true</enabled></snapshots>
       <releases><enabled>false</enabled></releases>
     </repository>
     <repository>
        <id>GeoSolutions</id>
        <url>http://maven.geo-solutions.it/</url>
     </repository>
</repositories>

三、引入Geotools相关的资源包

        在pom.xml中定义了Geotools的依赖仓库地址后，我们来正式引入Geotools的相关依赖。这里为了简化，只提供其具体的配置代码，具体的每个组件的功能，在后面的博客中会进行逐一介绍。

<dependencies>
		<dependency>
			<groupId>junit</groupId>
			<artifactId>junit</artifactId>
			<version>4.11</version>
			<scope>test</scope>
		</dependency>
		<dependency>
			<groupId>org.geotools</groupId>
			<artifactId>gt-shapefile</artifactId>
			<version>${geotools.version}</version>
		</dependency>
		<dependency>
			<groupId>org.geotools</groupId>
			<artifactId>gt-swing</artifactId>
			<version>${geotools.version}</version>
		</dependency>
		<dependency>
			<groupId>org.geotools</groupId>
			<artifactId>gt-main</artifactId>
			<version>${geotools.version}</version>
		</dependency>
		<dependency>
		    <groupId>org.geotools.xsd</groupId>
		    <artifactId>gt-xsd-sld</artifactId>
		    <version>${geotools.version}</version>
		</dependency>
		<dependency>
		    <groupId>org.geotools.xsd</groupId>
		    <artifactId>gt-xsd-core</artifactId>
		   	<version>${geotools.version}</version>
		</dependency>
		<dependency>
		    <groupId>org.geotools</groupId>
		    <artifactId>gt-xml</artifactId>
		    <version>${geotools.version}</version>
		</dependency>
		<dependency>
			<groupId>org.jfree</groupId>
			<artifactId>fxgraphics2d</artifactId>
			<version>1.3</version>
		</dependency>
	</dependencies>

        经过上面的步骤，我们基本完成了Geotools官方仓库的定义以及相关依赖包的引用申明，在正常有网络的情况下，系统在后台就会自动帮助我们下载依赖的包。接下来我们来进行具体的功能开发即可。

四、创建JavaFx的Canvas实例

        由于在Jdk1.8当中，Javafx还是绑定在一起的，因此我们不需要单独针对JavaFx来进行配置，但是在1.8后面的版本中，jdk就将javaFx和jdk进行了分离，因此要单独进行配置。在引用相应的geotools的资源包之后，我们就可以来创建最重要的Canvas对象，这个Canvas对象是JavaFx的Canvas对象。通过Canvas对象，实现将Map和画布的融合，从而让数据显示处理。因此这里我们定义Canvas对象，并进行地图的初始化等操作。

        首先我们创建一个Node对象，这个Node对象包括Canvas、Map和GraphicsContext。同时我们提供两个方法，第一个是进行地图初始化的方法，第二个是进行地图数据绘制的方法。下面是定义Node类的属性和方法。

package tutorial1;

import java.awt.Rectangle;
import java.io.IOException;

import org.geotools.data.FileDataStore;
import org.geotools.data.FileDataStoreFinder;
import org.geotools.data.simple.SimpleFeatureSource;
import org.geotools.map.FeatureLayer;
import org.geotools.map.MapContent;
import org.geotools.renderer.lite.StreamingRenderer;
import org.geotools.styling.SLD;
import org.geotools.styling.Style;
import org.jfree.fx.FXGraphics2D;

import javafx.scene.Node;
import javafx.scene.canvas.Canvas;
import javafx.scene.canvas.GraphicsContext;

public class MapCanvas {
	private Canvas canvas;
	private MapContent map;
	private GraphicsContext gc;

	public MapCanvas(int width, int height) {
		canvas = new Canvas(width, height);
		gc = canvas.getGraphicsContext2D();
		initMap();
		drawMap(gc);
	}

	public Node getCanvas() {
		return canvas;
	}

	private void initMap() {
	}

	private void drawMap(GraphicsContext gc) {
	}
}

        Canvas负责进行展示，而Map对象负责提供显示的数据源。在上述的方法中，我们要先创建一个Canvas对象，在进行对象构造时，指定Canvas对象的高和宽，按照这个尺寸要求来创建。下面我们来看一下如何进行地图的初始化，也就是上面的initMap这个方法。

private void initMap() {
	try {
		FileDataStore store = FileDataStoreFinder
			.getDataStore(this.getClass().getClassLoader().getResource("maps/countries.shp"));
		SimpleFeatureSource featureSource = store.getFeatureSource();
		map = new MapContent();
		map.setTitle("Quickstart");
		Style style = SLD.createSimpleStyle(featureSource.getSchema());
		FeatureLayer layer = new FeatureLayer(featureSource, style);
		map.addLayer(layer);
		map.getViewport().setScreenArea(new Rectangle((int) canvas.getWidth(), (int) canvas.getHeight()));
	} catch (IOException e) {
		e.printStackTrace();
	}
}

        在进行空间矢量数据的展示时，首先要告诉可视化渲染器，具体的文件在什么位置。接下来是使用样式，为了简单起见，这里使用默认样式来进行可视化，创建样式的时候，样式构建器会根据数据的类型来进行分别构建，比如不同的点、线、面，它的默认样式都是不一样的。这里的数据是面，因此会勾画出边界的线信息。代码如下：

Style style = SLD.createSimpleStyle(featureSource.getSchema());

        最后将样式和数据源进行绑定，然后将图层对象设置到map当中。MapContent这个对象就承载着双发的一个展示容器，最后通过返回这个node，将node和JavaFx的scene场景进行融合。再来看一下绘制地图的方法：

private void drawMap(GraphicsContext gc) {
	StreamingRenderer draw = new StreamingRenderer();
	draw.setMapContent(map);
	FXGraphics2D graphics = new FXGraphics2D(gc);
	graphics.setBackground(java.awt.Color.WHITE);
	Rectangle rectangle = new Rectangle((int) canvas.getWidth(), (int) canvas.getHeight());
	draw.paint(graphics, rectangle, map.getViewport().getBounds());
}

        在这里，通过JavaFx的Graphics对象就可以实现地图的绘制。

public Node getCanvas() {
	return canvas;
}

五、JavaFx的Scene和Node的绑定

        虽然在上面的代码中已经实现了将Node对象进行创建，但是还是没有将Node和JavaFx的容器进行绑定，没有Scene的搭载就像没有舞台的演员，想展示自己的才艺都没有舞台。因此最后我们要将Node对象和Scene进行绑定即可。

package tutorial1;

import javafx.application.Application;
import javafx.scene.Scene;
import javafx.scene.layout.Pane;
import javafx.stage.Stage;

public class MainTutorial1 extends Application {

	@Override
	public void start(Stage primaryStage) {
		MapCanvas canvas = new MapCanvas(1090, 670);
		Pane pane = new Pane(canvas.getCanvas());
		Scene scene = new Scene(pane);
		primaryStage.setScene(scene);
		primaryStage.setTitle("JavaFx结合Geotools展示地图");
		primaryStage.show();
	}

	public static void main(String[] args) {
		launch(args);
	}
}

        上面的代码非常简单，通过创建的Canvas对象，然后设置一个地图展示的高度和宽度。将创建的对象和JavaFx的Scene进行绑定，最后设置好JavaFx的应用窗口的标题后，调用Show方法实现空间数据的可视化展示，最后运行的可视化效果如下：

        经过以上的步骤，我们就实现了在JavaFx中调用Geotools的相关库实现空间矢量数据的快速预览。 当然，这里只展示了空间可视化的效果。这个程序还是有很多进步的空间，比如需要增加鼠标的拖动和缩放、还要支持样式的定制等操作。时间缘故，下次再深入的来将这些设置，本文到此结束。

六、总结

        以上就是本文的主要内容， 本文以全球各个国家的矢量数据的展示为例，重点讲解如何在JavaFx中进行展示，结合GeoTools来进行展示为需求背景。大家知道，geotools自身的组件框架中，gt_swing是实现桌面应用的一个可视化展示层，虽然在JavaFx中可以将Swing的一些控件进行集成，把Swing的按钮或者表格等放在JavaFx中进行渲染。但是很少把底图放在JavaFx中进行渲染的。当然，哪些使用JavaFx中的WebView嵌入了本地浏览器的不算在内。通过本文，会讲解如何将Geotools的地图在JavaFx中进行展示，大家在实际应用建设过程当中有这个需求的，可以看看博文。

        本文行文仓促，难免有许多不足之处，还恳请各位专家和朋友们在阅读本文时在评论区留下宝贵意见，鄙人不胜感激。GeoTools非常值得学习，在Java进行GIS开发，一定要掌握这个组件库，提高我们的GIS技术开发能力。

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