Níveis de zoom e grade lado a lado

Artigo
06/01/2023

Os Mapas do Azure usam o sistema de coordenadas de projeção do Spherical Mercator (EPSG: 3857). Uma projeção é o modelo matemático usado para transformar o globo esférico em um mapa plano. A projeção do Spherical Mercator amplia o mapa no polos para criar um mapa quadrado. Essa projeção distorce significativamente a escala e a área do mapa, mas tem duas propriedades importantes que superam essa distorção:

É uma projeção conforme, o que significa que preserva a forma de objetos relativamente pequenos. Preservar a forma de objetos pequenos é especialmente importante ao mostrar uma imagem aérea. Por exemplo, é conveniente evitar distorcer a forma de edifícios. Os edifícios quadrados devem aparecer quadrados, não retangulares.
É uma projeção cilíndrica. Norte e sul estão sempre para cima e para baixo, e oeste e leste são sempre esquerda e direita.

Para otimizar o desempenho da recuperação e exibição do mapa, ele é dividido em blocos quadrados. O SDK do Azure Mapas usa blocos que têm um tamanho de 512 x 512 pixels para mapas de estrada e 256 x 256 pixels menores para imagens de satélite. O Azure Mapas fornece blocos raster e vetor para 23 níveis de zoom, numerados de 0 a 22. No nível de zoom 0, o mundo inteiro se ajusta em um único bloco:

Peça de mapa-múndi

Nível de zoom 1 usa quatro blocos para renderizar o mundo: um quadrado de 2 x 2

Layout de peça de mapa 2x2

Cada nível de zoom adicional divide em quatro os blocos do nível anterior, criando uma grade de 2^zoom x 2^zoom. Nível de zoom 22 é uma grade 2²² x 2²², ou peças 4,194,304 x 4,194,304 (17,592,186,044,416 peças no total).

Os controles de mapa interativos do Azure Mapas para Web e Android dão suporte a 25 níveis de zoom, numerados de 0 a 24. Embora os dados de estrada só estejam disponíveis nos níveis de zoom quando os blocos estão disponíveis.

A seguinte tabela fornece a lista completa de valores para níveis de zoom em que o tamanho do bloco é de 256 pixels quadrados:

Nível de zoom	Medidores/pixel	Medidores/lado a lado
0	156543	40075017
1	78271.5	20037508
2	39135.8	10018754
3	19567,88	5009377,1
4	9783,94	2504688,5
5	4891,97	1252344,3
6	2445,98	626172,1
7	1222,99	313086,1
8	611.5	156543
9	305,75	78271.5
10	152,87	39135.8
11	76,44	19567.9
12	38,219	9783,94
13	19,109	4891,97
14	9,555	2445,98
15	4,777	1222,99
16	2,3887	611,496
17	1,1943	305,748
18	0,5972	152,874
19	0.2986	76,437
20	0,14929	38,2185
21	0,074646	19,10926
22	0,037323	9,55463
23	0,0186615	4,777315
24	0,00933075	2,3886575

Coordenadas de pixel

Depois de escolher a projeção e a escala para usar em cada nível de zoom, podemos converter coordenadas geográficas em coordenadas de pixel. A largura e a altura totais dos pixels de uma imagem do mapa-múndi para um nível de zoom específico são calculadas como:

var mapWidth = tileSize * Math.pow(2, zoom);

var mapHeight = mapWidth;

Uma vez que a largura e a altura do mapa são diferentes em cada nível de zoom, também o são as coordenadas de pixel. O pixel no canto superior esquerdo do mapa sempre tem coordenadas de pixel (0, 0). O pixel no canto inferior direito do mapa tem coordenadas de pixel (largura-1, altura-1) ou, referindo-se às equações na seção anterior, (tileSize * 2^zoom–1, tileSize * 2^zoom–1). Por exemplo, ao usar 512 blocos ao quadrado no nível 2, as coordenadas de pixel variam de (0, 0) a (2047, 2047), desta forma:

Mapa que exibe as dimensões de pixel

Considerando a latitude e a longitude em graus e o nível de detalhes, as coordenadas XY do pixel são calculadas da seguinte maneira:

var sinLatitude = Math.sin(latitude * Math.PI/180);

var pixelX = ((longitude + 180) / 360) * tileSize * Math.pow(2, zoom);

var pixelY = (0.5 – Math.log((1 + sinLatitude) / (1 – sinLatitude)) / (4 * Math.PI)) * tileSize * Math.pow(2, zoom);

Presume-se que os valores de latitude e longitude estejam no datum WGS 84. Embora o Azure Mapas use uma projeção esférica, é importante converter todas as coordenadas geográficas em um datum comum. WGS 84 é o datum selecionado. O valor de longitude é considerado para variar de -180 graus a +180 graus, e o valor de latitude deve ser recortado para variar de -85,05112878 a 85,05112878. Cumprir esses valores evita uma singularidade no polos e garante que o mapa projetado seja uma forma quadrada.

Coordenadas de bloco

Para otimizar o desempenho da recuperação e exibição do mapa, o mapa renderizado é cortado em blocos. O número de pixels e o número de blocos diferem em cada nível de zoom:

var numberOfTilesWide = Math.pow(2, zoom);

var numberOfTilesHigh = numberOfTilesWide;

Cada bloco recebe coordenadas XY que variam de (0, 0) no canto superior esquerdo a (2^zoom–1, 2^zoom–1) no canto inferior direito. Por exemplo, no nível de zoom 3, o bloco coordena o intervalo de (0, 0) para (7, 7) da seguinte maneira:

Mapa das coordenadas de bloco

Tendo em conta um par de coordenadas XY de pixel, você pode determinar facilmente as coordenadas XY do bloco que contém o pixel:

var tileX = Math.floor(pixelX / tileSize);

var tileY = Math.floor(pixelY / tileSize);

Os blocos são chamados pelo nível de zoom. As coordenadas x e y correspondem à posição do bloco da grade para esse nível de zoom.

Ao determinar qual nível de zoom usar, lembre-se de que cada local está em uma posição fixa no seu bloco. Como resultado, o número de blocos necessários para exibir determinada extensão de território depende do posicionamento específico da grade de zoom no mapa-múndi. Por exemplo, se houver dois pontos de 900 metros de distância, ele pode levar apenas três blocos para exibir uma rota entre elas no nível de zoom 17. No entanto, se o ponto ocidental está à direita do seu bloco e o ponto oriental à esquerda do bloco, pode ter quatro blocos:

Escala de demonstração de zoom

Uma vez determinado o nível de zoom, os valores x e y podem ser calculados. O bloco superior esquerdo de cada grade de zoom é x=0, y=0; o bloco inferior direito está em x=2^zoom-1, y=2^zoom-1.

Aqui está a grade de zoom para o nível de zoom 1:

Grade de zoom para o nível de zoom 1

Índices de quadkey

Algumas plataformas de mapeamento usam uma convenção de nomenclatura de indexação quadkey que combina as coordenadas do bloco ZY em uma cadeia de caracteres de uma dimensão chamada chaves quadtree ou quadkeys de forma abreviada. Cada quadkey identifica exclusivamente um único bloco em um nível específico de detalhes e pode ser usada como uma chave em índices de árvore B de banco de dados comuns. Os SDKs do Azure Mapas dão suporte à sobreposição de camadas de bloco que usam a convenção de nomenclatura quadkey, além de outras convenções de nomenclatura, conforme registrado no documento quadkey.

Observação

A convenção de nomenclatura quadkeys só funciona para níveis de zoom de um ou mais. O SDK do Azure Mapas dá suporte ao nível de zoom 0, que é uma única peça de mapa para todo o mundo.

Para converter coordenadas de bloco em um quadkey, os bits das coordenadas Y e X são intercalados e o resultado é interpretado como um número de base 4 (com zeros à esquerda mantidos) e convertido em uma cadeia de caracteres. Por exemplo, dadas as coordenadas XY de bloco de (3, 5) no nível 3, o quadkey é determinado da seguinte maneira:

tileX = 3 = 011 (base 2)

tileY = 5 = 101 (base 2)

quadkey = 100111 (base 2) = 213 (base 4) = "213"

Qquadkeys possui várias propriedades interessantes. Primeiro, o comprimento de um quadkey (o número de dígitos) é igual ao nível de zoom do bloco correspondente. Em segundo lugar, o quadkey de qualquer bloco começa com o quadkey de seu bloco pai (o bloco contido no nível anterior). Conforme mostrado no exemplo a seguir, o bloco 2 é o pai dos blocos 20 a 23:

Pirâmide de blocos quadkey

Por fim, quadkeys fornecem uma chave de índice unidimensional que geralmente preserva a proximidade dos blocos no espaço XY. Em outras palavras, dois blocos que têm coordenadas XY próximas geralmente têm quadkeys que são relativamente próximos. Isso é importante para otimizar o desempenho do banco de dados, pois os blocos vizinhos geralmente são solicitados em grupos, e é desejável manter esses blocos nos mesmos blocos de disco, a fim de minimizar o número de leituras de disco.

Código-fonte de matemática do bloco

O código de exemplo a seguir ilustra como implementar as funções descritas neste documento. Essas funções podem ser facilmente convertidas em outras linguagens de programação, conforme necessário.

C#
TypeScript

using System;
using System.Text;

namespace AzureMaps
{
    /// <summary>
    /// Tile System math for the Spherical Mercator projection coordinate system (EPSG:3857)
    /// </summary>
    public static class TileMath
    {
        //Earth radius in meters.
        private const double EarthRadius = 6378137;

        private const double MinLatitude = -85.05112878;
        private const double MaxLatitude = 85.05112878;
        private const double MinLongitude = -180;
        private const double MaxLongitude = 180;

        /// <summary>
        /// Clips a number to the specified minimum and maximum values.
        /// </summary>
        /// <param name="n">The number to clip.</param>
        /// <param name="minValue">Minimum allowable value.</param>
        /// <param name="maxValue">Maximum allowable value.</param>
        /// <returns>The clipped value.</returns>
        private static double Clip(double n, double minValue, double maxValue)
        {
            return Math.Min(Math.Max(n, minValue), maxValue);
        }

        /// <summary>
        /// Calculates width and height of the map in pixels at a specific zoom level from -180 degrees to 180 degrees.
        /// </summary>
        /// <param name="zoom">Zoom Level to calculate width at</param>
        /// <param name="tileSize">The size of the tiles in the tile pyramid.</param>
        /// <returns>Width and height of the map in pixels</returns>
        public static double MapSize(double zoom, int tileSize)
        {
            return Math.Ceiling(tileSize * Math.Pow(2, zoom));
        }

        /// <summary>
        /// Calculates the Ground resolution at a specific degree of latitude in meters per pixel.
        /// </summary>
        /// <param name="latitude">Degree of latitude to calculate resolution at</param>
        /// <param name="zoom">Zoom level to calculate resolution at</param>
        /// <param name="tileSize">The size of the tiles in the tile pyramid.</param>
        /// <returns>Ground resolution in meters per pixels</returns>
        public static double GroundResolution(double latitude, double zoom, int tileSize)
        {
            latitude = Clip(latitude, MinLatitude, MaxLatitude);
            return Math.Cos(latitude * Math.PI / 180) * 2 * Math.PI * EarthRadius / MapSize(zoom, tileSize);
        }

        /// <summary>
        /// Determines the map scale at a specified latitude, level of detail, and screen resolution.
        /// </summary>
        /// <param name="latitude">Latitude (in degrees) at which to measure the map scale.</param>
        /// <param name="zoom">Level of detail, from 1 (lowest detail) to 23 (highest detail).</param>
        /// <param name="screenDpi">Resolution of the screen, in dots per inch.</param>
        /// <param name="tileSize">The size of the tiles in the tile pyramid.</param>
        /// <returns>The map scale, expressed as the denominator N of the ratio 1 : N.</returns>
        public static double MapScale(double latitude, double zoom, int screenDpi, int tileSize)
        {
            return GroundResolution(latitude, zoom, tileSize) * screenDpi / 0.0254;
        }

        /// <summary>
        /// Global Converts a Pixel coordinate into a geospatial coordinate at a specified zoom level. 
        /// Global Pixel coordinates are relative to the top left corner of the map (90, -180)
        /// </summary>
        /// <param name="pixel">Pixel coordinates in the format of [x, y].</param>  
        /// <param name="zoom">Zoom level</param>
        /// <param name="tileSize">The size of the tiles in the tile pyramid.</param>
        /// <returns>A position value in the format [longitude, latitude].</returns>
        public static double[] GlobalPixelToPosition(double[] pixel, double zoom, int tileSize)
        {
            var mapSize = MapSize(zoom, tileSize);

            var x = (Clip(pixel[0], 0, mapSize - 1) / mapSize) - 0.5;
            var y = 0.5 - (Clip(pixel[1], 0, mapSize - 1) / mapSize);

            return new double[] {
                360 * x,    //Longitude
                90 - 360 * Math.Atan(Math.Exp(-y * 2 * Math.PI)) / Math.PI  //Latitude
            };
        }

        /// <summary>
        /// Converts a point from latitude/longitude WGS-84 coordinates (in degrees) into pixel XY coordinates at a specified level of detail.
        /// </summary>
        /// <param name="position">Position coordinate in the format [longitude, latitude]</param>
        /// <param name="zoom">Zoom level.</param>
        /// <param name="tileSize">The size of the tiles in the tile pyramid.</param> 
        /// <returns>A global pixel coordinate.</returns>
        public static double[] PositionToGlobalPixel(double[] position, int zoom, int tileSize)
        {
            var latitude = Clip(position[1], MinLatitude, MaxLatitude);
            var longitude = Clip(position[0], MinLongitude, MaxLongitude);

            var x = (longitude + 180) / 360;
            var sinLatitude = Math.Sin(latitude * Math.PI / 180);
            var y = 0.5 - Math.Log((1 + sinLatitude) / (1 - sinLatitude)) / (4 * Math.PI);

            var mapSize = MapSize(zoom, tileSize);

            return new double[] {
                 Clip(x * mapSize + 0.5, 0, mapSize - 1),
                 Clip(y * mapSize + 0.5, 0, mapSize - 1)
            };
        }

        /// <summary>
        /// Converts pixel XY coordinates into tile XY coordinates of the tile containing the specified pixel.
        /// </summary>
        /// <param name="pixel">Pixel coordinates in the format of [x, y].</param>  
        /// <param name="tileSize">The size of the tiles in the tile pyramid.</param>
        /// <param name="tileX">Output parameter receiving the tile X coordinate.</param>
        /// <param name="tileY">Output parameter receiving the tile Y coordinate.</param>
        public static void GlobalPixelToTileXY(double[] pixel, int tileSize, out int tileX, out int tileY)
        {
            tileX = (int)(pixel[0] / tileSize);
            tileY = (int)(pixel[1] / tileSize);
        }

        /// <summary>
        /// Performs a scale transform on a global pixel value from one zoom level to another.
        /// </summary>
        /// <param name="pixel">Pixel coordinates in the format of [x, y].</param>  
        /// <param name="oldZoom">The zoom level in which the input global pixel value is from.</param>  
        /// <returns>A scale pixel coordinate.</returns>
        public static double[] ScaleGlobalPixel(double[] pixel, double oldZoom, double newZoom)
        {
            var scale = Math.Pow(2, oldZoom - newZoom);

            return new double[] { pixel[0] * scale, pixel[1] * scale };
        }

        /// <summary>
        /// Performs a scale transform on a set of global pixel values from one zoom level to another.
        /// </summary>
        /// <param name="pixels">A set of global pixel value from the old zoom level. Points are in the format [x,y].</param>
        /// <param name="oldZoom">The zoom level in which the input global pixel values is from.</param>
        /// <param name="newZoom">The new zoom level in which the output global pixel values should be aligned with.</param>
        /// <returns>A set of global pixel values that has been scaled for the new zoom level.</returns>
        public static double[][] ScaleGlobalPixels(double[][] pixels, double oldZoom, double newZoom)
        {
            var scale = Math.Pow(2, oldZoom - newZoom);

            var output = new System.Collections.Generic.List<double[]>();
            foreach (var p in pixels)
            {
                output.Add(new double[] { p[0] * scale, p[1] * scale });
            }

            return output.ToArray();
        }

        /// <summary>
        /// Converts tile XY coordinates into a global pixel XY coordinates of the upper-left pixel of the specified tile.
        /// </summary>
        /// <param name="tileX">Tile X coordinate.</param>
        /// <param name="tileY">Tile Y coordinate.</param>
        /// <param name="tileSize">The size of the tiles in the tile pyramid.</param>
        /// <param name="pixelX">Output parameter receiving the X coordinate of the point, in pixels.</param>  
        /// <param name="pixelY">Output parameter receiving the Y coordinate of the point, in pixels.</param>  
        public static double[] TileXYToGlobalPixel(int tileX, int tileY, int tileSize)
        {
            return new double[] { tileX * tileSize, tileY * tileSize };
        }

        /// <summary>
        /// Converts tile XY coordinates into a quadkey at a specified level of detail.
        /// </summary>
        /// <param name="tileX">Tile X coordinate.</param>
        /// <param name="tileY">Tile Y coordinate.</param>
        /// <param name="zoom">Zoom level</param>
        /// <returns>A string containing the quadkey.</returns>
        public static string TileXYToQuadKey(int tileX, int tileY, int zoom)
        {
            var quadKey = new StringBuilder();
            for (int i = zoom; i > 0; i--)
            {
                char digit = '0';
                int mask = 1 << (i - 1);
                if ((tileX & mask) != 0)
                {
                    digit++;
                }
                if ((tileY & mask) != 0)
                {
                    digit++;
                    digit++;
                }
                quadKey.Append(digit);
            }
            return quadKey.ToString();
        }

        /// <summary>
        /// Converts a quadkey into tile XY coordinates.
        /// </summary>
        /// <param name="quadKey">Quadkey of the tile.</param>
        /// <param name="tileX">Output parameter receiving the tile X coordinate.</param>
        /// <param name="tileY">Output parameter receiving the tile Y coordinate.</param>
        /// <param name="zoom">Output parameter receiving the zoom level.</param>
        public static void QuadKeyToTileXY(string quadKey, out int tileX, out int tileY, out int zoom)
        {
            tileX = tileY = 0;
            zoom = quadKey.Length;
            for (int i = zoom; i > 0; i--)
            {
                int mask = 1 << (i - 1);
                switch (quadKey[zoom - i])
                {
                    case '0':
                        break;

                    case '1':
                        tileX |= mask;
                        break;

                    case '2':
                        tileY |= mask;
                        break;

                    case '3':
                        tileX |= mask;
                        tileY |= mask;
                        break;

                    default:
                        throw new ArgumentException("Invalid QuadKey digit sequence.");
                }
            }
        }

        /// <summary>
        /// Calculates the XY tile coordinates that a coordinate falls into for a specific zoom level.
        /// </summary>
        /// <param name="position">Position coordinate in the format [longitude, latitude]</param>
        /// <param name="zoom">Zoom level</param>
        /// <param name="tileSize">The size of the tiles in the tile pyramid.</param>
        /// <param name="tileX">Output parameter receiving the tile X position.</param>
        /// <param name="tileY">Output parameter receiving the tile Y position.</param>
        public static void PositionToTileXY(double[] position, int zoom, int tileSize, out int tileX, out int tileY)
        {
            var latitude = Clip(position[1], MinLatitude, MaxLatitude);
            var longitude = Clip(position[0], MinLongitude, MaxLongitude);

            var x = (longitude + 180) / 360;
            var sinLatitude = Math.Sin(latitude * Math.PI / 180);
            var y = 0.5 - Math.Log((1 + sinLatitude) / (1 - sinLatitude)) / (4 * Math.PI);

            //tileSize needed in calculations as in rare cases the multiplying/rounding/dividing can make the difference of a pixel which can result in a completely different tile. 
            var mapSize = MapSize(zoom, tileSize);
            tileX = (int)Math.Floor(Clip(x * mapSize + 0.5, 0, mapSize - 1) / tileSize);
            tileY = (int)Math.Floor(Clip(y * mapSize + 0.5, 0, mapSize - 1) / tileSize);
        }

        /// <summary>
        /// Calculates the tile quadkey strings that are within a specified viewport.
        /// </summary>
        /// <param name="position">Position coordinate in the format [longitude, latitude]</param>
        /// <param name="zoom">Zoom level</param>
        /// <param name="width">The width of the map viewport in pixels.</param>
        /// <param name="height">The height of the map viewport in pixels.</param>
        /// <param name="tileSize">The size of the tiles in the tile pyramid.</param>
        /// <returns>A list of quadkey strings that are within the specified viewport.</returns>
        public static string[] GetQuadkeysInView(double[] position, int zoom, int width, int height, int tileSize)
        {
            var p = PositionToGlobalPixel(position, zoom, tileSize);

            var top = p[1] - height * 0.5;
            var left = p[0] - width * 0.5;

            var bottom = p[1] + height * 0.5;
            var right = p[0] + width * 0.5;

            var tl = GlobalPixelToPosition(new double[] { left, top }, zoom, tileSize);
            var br = GlobalPixelToPosition(new double[] { right, bottom }, zoom, tileSize);

            //Boudning box in the format: [west, south, east, north];
            var bounds = new double[] { tl[0], br[1], br[0], tl[1] };

            return GetQuadkeysInBoundingBox(bounds, zoom, tileSize);
        }

        /// <summary>
        /// Calculates the tile quadkey strings that are within a bounding box at a specific zoom level.
        /// </summary>
        /// <param name="bounds">A bounding box defined as an array of numbers in the format of [west, south, east, north].</param>
        /// <param name="zoom">Zoom level to calculate tiles for.</param>
        /// <param name="tileSize">The size of the tiles in the tile pyramid.</param>
        /// <returns>A list of quadkey strings.</returns>
        public static string[] GetQuadkeysInBoundingBox(double[] bounds, int zoom, int tileSize)
        {
            var keys = new System.Collections.Generic.List<string>();

            if (bounds != null && bounds.Length >= 4)
            {
                PositionToTileXY(new double[] { bounds[3], bounds[0] }, zoom, tileSize, out int tlX, out int tlY);
                PositionToTileXY(new double[] { bounds[1], bounds[2] }, zoom, tileSize, out int brX, out int brY);

                for (int x = tlX; x <= brX; x++)
                {
                    for (int y = tlY; y <= brY; y++)
                    {
                        keys.Add(TileXYToQuadKey(x, y, zoom));
                    }
                }
            }

            return keys.ToArray();
        }

        /// <summary>
        /// Calculates the bounding box of a tile.
        /// </summary>
        /// <param name="tileX">Tile X coordinate</param>
        /// <param name="tileY">Tile Y coordinate</param>
        /// <param name="zoom">Zoom level</param>
        /// <param name="tileSize">The size of the tiles in the tile pyramid.</param>
        /// <returns>A bounding box of the tile defined as an array of numbers in the format of [west, south, east, north].</returns>
        public static double[] TileXYToBoundingBox(int tileX, int tileY, double zoom, int tileSize)
        {
            //Top left corner pixel coordinates
            var x1 = (double)(tileX * tileSize);
            var y1 = (double)(tileY * tileSize);

            //Bottom right corner pixel coordinates
            var x2 = (double)(x1 + tileSize);
            var y2 = (double)(y1 + tileSize);

            var nw = GlobalPixelToPosition(new double[] { x1, y1 }, zoom, tileSize);
            var se = GlobalPixelToPosition(new double[] { x2, y2 }, zoom, tileSize);

            return new double[] { nw[0], se[1], se[0], nw[1] };
        }

        /// <summary>
        /// Calculates the best map view (center, zoom) for a bounding box on a map.
        /// </summary>
        /// <param name="bounds">A bounding box defined as an array of numbers in the format of [west, south, east, north].</param>
        /// <param name="mapWidth">Map width in pixels.</param>
        /// <param name="mapHeight">Map height in pixels.</param>
        /// <param name="padding">Width in pixels to use to create a buffer around the map. This is to keep markers from being cut off on the edge</param>
        /// <param name="tileSize">The size of the tiles in the tile pyramid.</param>
        /// <param name="latitude">Output parameter receiving the center latitude coordinate.</param>
        /// <param name="longitude">Output parameter receiving the center longitude coordinate.</param>
        /// <param name="zoom">Output parameter receiving the zoom level</param>
        public static void BestMapView(double[] bounds, double mapWidth, double mapHeight, int padding, int tileSize, out double centerLat, out double centerLon, out double zoom)
        {
            if (bounds == null || bounds.Length < 4)
            {
                centerLat = 0;
                centerLon = 0;
                zoom = 1;
                return;
            }

            double boundsDeltaX;

            //Check if east value is greater than west value which would indicate that bounding box crosses the antimeridian.
            if (bounds[2] > bounds[0])
            {
                boundsDeltaX = bounds[2] - bounds[0];
                centerLon = (bounds[2] + bounds[0]) / 2;
            }
            else
            {
                boundsDeltaX = 360 - (bounds[0] - bounds[2]);
                centerLon = ((bounds[2] + bounds[0]) / 2 + 360) % 360 - 180;
            }

            var ry1 = Math.Log((Math.Sin(bounds[1] * Math.PI / 180) + 1) / Math.Cos(bounds[1] * Math.PI / 180));
            var ry2 = Math.Log((Math.Sin(bounds[3] * Math.PI / 180) + 1) / Math.Cos(bounds[3] * Math.PI / 180));
            var ryc = (ry1 + ry2) / 2;

            centerLat = Math.Atan(Math.Sinh(ryc)) * 180 / Math.PI;

            var resolutionHorizontal = boundsDeltaX / (mapWidth - padding * 2);

            var vy0 = Math.Log(Math.Tan(Math.PI * (0.25 + centerLat / 360)));
            var vy1 = Math.Log(Math.Tan(Math.PI * (0.25 + bounds[3] / 360)));
            var zoomFactorPowered = (mapHeight * 0.5 - padding) / (40.7436654315252 * (vy1 - vy0));
            var resolutionVertical = 360.0 / (zoomFactorPowered * tileSize);

            var resolution = Math.Max(resolutionHorizontal, resolutionVertical);

            zoom = Math.Log(360 / (resolution * tileSize), 2);
        }
    }
}

module AzureMaps {

    /** Tile System math for the Spherical Mercator projection coordinate system (EPSG:3857) */
    export class TileMath {
        //Earth radius in meters.
        private static EarthRadius = 6378137;

        private static MinLatitude = -85.05112878;
        private static MaxLatitude = 85.05112878;
        private static MinLongitude = -180;
        private static MaxLongitude = 180;

        /**
         * Clips a number to the specified minimum and maximum values.
         * @param n The number to clip.
         * @param minValue Minimum allowable value.
         * @param maxValue Maximum allowable value.
         * @returns The clipped value.
         */
        private static Clip(n: number, minValue: number, maxValue: number): number {
            return Math.min(Math.max(n, minValue), maxValue);
        }

        /**
         * Calculates width and height of the map in pixels at a specific zoom level from -180 degrees to 180 degrees.
         * @param zoom Zoom Level to calculate width at.
         * @param tileSize The size of the tiles in the tile pyramid.
         * @returns Width and height of the map in pixels.
         */
        public static MapSize(zoom: number, tileSize: number): number {
            return Math.ceil(tileSize * Math.pow(2, zoom));
        }

        /**
         * Calculates the Ground resolution at a specific degree of latitude in the meters per pixel.
         * @param latitude Degree of latitude to calculate resolution at.
         * @param zoom Zoom level.
         * @param tileSize The size of the tiles in the tile pyramid.
         * @returns Ground resolution in meters per pixels.
         */
        public static GroundResolution(latitude: number, zoom: number, tileSize: number): number {
            latitude = this.Clip(latitude, this.MinLatitude, this.MaxLatitude);
            return Math.cos(latitude * Math.PI / 180) * 2 * Math.PI * this.EarthRadius / this.MapSize(zoom, tileSize);
        }

        /**
         * Determines the map scale at a specified latitude, level of detail, and screen resolution.
         * @param latitude Latitude (in degrees) at which to measure the map scale.
         * @param zoom Zoom level.
         * @param screenDpi Resolution of the screen, in dots per inch.
         * @param tileSize The size of the tiles in the tile pyramid.
         * @returns The map scale, expressed as the denominator N of the ratio 1 : N.
         */
        public static MapScale(latitude: number, zoom: number, screenDpi: number, tileSize: number): number {
            return this.GroundResolution(latitude, zoom, tileSize) * screenDpi / 0.0254;
        }

        /**
         * Global Converts a Pixel coordinate into a geospatial coordinate at a specified zoom level.
         * Global Pixel coordinates are relative to the top left corner of the map (90, -180).
         * @param pixel Pixel coordinates in the format of [x, y].
         * @param zoom Zoom level.
         * @param tileSize The size of the tiles in the tile pyramid.
         * @returns A position value in the format [longitude, latitude].
         */
        public static GlobalPixelToPosition(pixel: number[], zoom: number, tileSize: number): number[] {
            var mapSize = this.MapSize(zoom, tileSize);

            var x = (this.Clip(pixel[0], 0, mapSize - 1) / mapSize) - 0.5;
            var y = 0.5 - (this.Clip(pixel[1], 0, mapSize - 1) / mapSize);

            return [
                360 * x,    //Longitude
                90 - 360 * Math.atan(Math.exp(-y * 2 * Math.PI)) / Math.PI  //Latitude
            ];
        }

        /**
         * Converts a point from latitude/longitude WGS-84 coordinates (in degrees) into pixel XY coordinates at a specified level of detail.
         * @param position Position coordinate in the format [longitude, latitude].
         * @param zoom Zoom level.
         * @param tileSize The size of the tiles in the tile pyramid.
         * @returns A pixel coordinate 
         */
        public static PositionToGlobalPixel(position: number[], zoom: number, tileSize: number): number[] {
            var latitude = this.Clip(position[1], this.MinLatitude, this.MaxLatitude);
            var longitude = this.Clip(position[0], this.MinLongitude, this.MaxLongitude);

            var x = (longitude + 180) / 360;
            var sinLatitude = Math.sin(latitude * Math.PI / 180);
            var y = 0.5 - Math.log((1 + sinLatitude) / (1 - sinLatitude)) / (4 * Math.PI);

            var mapSize = this.MapSize(zoom, tileSize);

            return [
                this.Clip(x * mapSize + 0.5, 0, mapSize - 1),
                this.Clip(y * mapSize + 0.5, 0, mapSize - 1)
            ];
        }

        /**
         * Converts pixel XY coordinates into tile XY coordinates of the tile containing the specified pixel.
         * @param pixel Pixel coordinates in the format of [x, y].
         * @param tileSize The size of the tiles in the tile pyramid.
         * @returns Tile XY coordinates.
         */
        public static GlobalPixelToTileXY(pixel: number[], tileSize: number): { tileX: number, tileY: number } {
            return {
                tileX: Math.round(pixel[0] / tileSize),
                tileY: Math.round(pixel[1] / tileSize)
            };
        }

        /**
         * Performs a scale transform on a global pixel value from one zoom level to another.
         * @param pixel Pixel coordinates in the format of [x, y].
         * @param oldZoom The zoom level in which the input global pixel value is from.
         * @param newZoom The new zoom level in which the output global pixel value should be aligned with.
         */
        public static ScaleGlobalPixel(pixel: number[], oldZoom: number, newZoom: number): number[] {
            var scale = Math.pow(2, oldZoom - newZoom);

            return [pixel[0] * scale, pixel[1] * scale];
        }

        /// <summary>
        /// Performs a scale transform on a set of global pixel values from one zoom level to another.
        /// </summary>
        /// <param name="points">A set of global pixel value from the old zoom level. Points are in the format [x,y].</param>
        /// <param name="oldZoom">The zoom level in which the input global pixel values is from.</param>
        /// <param name="newZoom">The new zoom level in which the output global pixel values should be aligned with.</param>
        /// <returns>A set of global pixel values that has been scaled for the new zoom level.</returns>
        public static ScaleGlobalPixels(pixels: number[][], oldZoom: number, newZoom: number): number[][] {
            var scale = Math.pow(2, oldZoom - newZoom);

            var output: number[][] = [];
            for (var i = 0, len = pixels.length; i < len; i++) {
                output.push([pixels[i][0] * scale, pixels[i][1] * scale]);
            }

            return output;
        }

        /**
         * Converts tile XY coordinates into a global pixel XY coordinates of the upper-left pixel of the specified tile.
         * @param tileX Tile X coordinate.
         * @param tileY Tile Y coordinate.
         * @param tileSize The size of the tiles in the tile pyramid.
         * @returns Pixel coordinates in the format of [x, y].
         */
        public static TileXYToGlobalPixel(tileX, tileY, tileSize): number[] {
            return [tileX * tileSize, tileY * tileSize];
        }

        /**
         * Converts tile XY coordinates into a quadkey at a specified level of detail.
         * @param tileX Tile X coordinate.
         * @param tileY Tile Y coordinate.
         * @param zoom Zoom level.
         * @returns A string containing the quadkey.
         */
        public static TileXYToQuadKey(tileX: number, tileY: number, zoom: number): string {
            var quadKey: number[] = [];
            for (var i = zoom; i > 0; i--) {
                var digit = 0;
                var mask = 1 << (i - 1);

                if ((tileX & mask) != 0) {
                    digit++;
                }

                if ((tileY & mask) != 0) {
                    digit += 2
                }

                quadKey.push(digit);
            }
            return quadKey.join('');
        }

        /**
         * Converts a quadkey into tile XY coordinates.
         * @param quadKey Quadkey of the tile.
         * @returns Tile XY coordinates and zoom level for the specified quadkey.
         */
        public static QuadKeyToTileXY(quadKey: string): { tileX: number, tileY: number, zoom: number } {
            var tileX = 0;
            var tileY = 0;
            var zoom = quadKey.length;

            for (var i = zoom; i > 0; i--) {
                var mask = 1 << (i - 1);
                switch (quadKey[zoom - i]) {
                    case '0':
                        break;

                    case '1':
                        tileX |= mask;
                        break;

                    case '2':
                        tileY |= mask;
                        break;

                    case '3':
                        tileX |= mask;
                        tileY |= mask;
                        break;

                    default:
                        throw "Invalid QuadKey digit sequence.";
                }
            }

            return {
                tileX: tileX,
                tileY: tileY,
                zoom: zoom
            };
        }

        /**
         * Calculates the XY tile coordinates that a coordinate falls into for a specific zoom level.
         * @param position Position coordinate in the format [longitude, latitude].
         * @param zoom Zoom level.
         * @param tileSize The size of the tiles in the tile pyramid.
         * @returns Tile XY coordinates.
         */
        public static PositionToTileXY(position: number[], zoom: number, tileSize: number): { tileX: number, tileY: number } {
            var latitude = this.Clip(position[1], this.MinLatitude, this.MaxLatitude);
            var longitude = this.Clip(position[0], this.MinLongitude, this.MaxLongitude);

            var x = (longitude + 180) / 360;
            var sinLatitude = Math.sin(latitude * Math.PI / 180);
            var y = 0.5 - Math.log((1 + sinLatitude) / (1 - sinLatitude)) / (4 * Math.PI);

            //tileSize needed in calculations as in rare cases the multiplying/rounding/dividing can make the difference of a pixel which can result in a completely different tile. 
            var mapSize = this.MapSize(zoom, tileSize);

            return {
                tileX: Math.floor(this.Clip(x * mapSize + 0.5, 0, mapSize - 1) / tileSize),
                tileY: Math.floor(this.Clip(y * mapSize + 0.5, 0, mapSize - 1) / tileSize)
            };
        }

        /**
         * Calculates the tile quadkey strings that are within a specified viewport.
         * @param position Position coordinate in the format [longitude, latitude].
         * @param zoom Zoom level.
         * @param width The width of the map viewport in pixels.
         * @param height The height of the map viewport in pixels.
         * @param tileSize The size of the tiles in the tile pyramid.
         * @returns A list of quadkey strings that are within the specified viewport.
         */
        public static GetQuadkeysInView(position: number[], zoom: number, width: number, height: number, tileSize: number): string[] {
            var p = this.PositionToGlobalPixel(position, zoom, tileSize);

            var top = p[1] - height * 0.5;
            var left = p[0] - width * 0.5;

            var bottom = p[1] + height * 0.5;
            var right = p[0] + width * 0.5;

            var tl = this.GlobalPixelToPosition([left, top], zoom, tileSize);
            var br = this.GlobalPixelToPosition([right, bottom], zoom, tileSize);

            //Boudning box in the format: [west, south, east, north];
            var bounds = [tl[0], br[1], br[0], tl[1]];

            return this.GetQuadkeysInBoundingBox(bounds, zoom, tileSize);
        }

        /**
         * Calculates the tile quadkey strings that are within a bounding box at a specific zoom level.
         * @param bounds A bounding box defined as an array of numbers in the format of [west, south, east, north].
         * @param zoom Zoom level to calculate tiles for.
         * @param tileSize The size of the tiles in the tile pyramid.
         * @returns A list of quadkey strings.
         */
        public static GetQuadkeysInBoundingBox(bounds: number[], zoom: number, tileSize: number): string[] {
            var keys: string[] = [];

            if (bounds != null && bounds.length >= 4) {
                var tl = this.PositionToTileXY([bounds[0], bounds[3]], zoom, tileSize);
                var br = this.PositionToTileXY([bounds[2], bounds[1]], zoom, tileSize);

                for (var x = tl[0]; x <= br[0]; x++) {
                    for (var y = tl[1]; y <= br[1]; y++) {
                        keys.push(this.TileXYToQuadKey(x, y, zoom));
                    }
                }
            }

            return keys;
        }

        /**
         * Calculates the bounding box of a tile.
         * @param tileX Tile X coordinate.
         * @param tileY Tile Y coordinate.
         * @param zoom Zoom level.
         * @param tileSize The size of the tiles in the tile pyramid.
         * @returns A bounding box of the tile defined as an array of numbers in the format of [west, south, east, north].
         */
        public static TileXYToBoundingBox(tileX: number, tileY: number, zoom: number, tileSize: number): number[] {
            //Top left corner pixel coordinates
            var x1 = tileX * tileSize;
            var y1 = tileY * tileSize;

            //Bottom right corner pixel coordinates
            var x2 = x1 + tileSize;
            var y2 = y1 + tileSize;

            var nw = this.GlobalPixelToPosition([x1, y1], zoom, tileSize);
            var se = this.GlobalPixelToPosition([x2, y2], zoom, tileSize);

            return [nw[0], se[1], se[0], nw[1]];
        }

        /**
         * Calculates the best map view (center, zoom) for a bounding box on a map.
         * @param bounds A bounding box defined as an array of numbers in the format of [west, south, east, north]. 
         * @param mapWidth Map width in pixels.
         * @param mapHeight Map height in pixels.
         * @param padding Width in pixels to use to create a buffer around the map. This is to keep markers from being cut off on the edge.
         * @param tileSize The size of the tiles in the tile pyramid.
         * @returns The center and zoom level to best position the map view over the provided bounding box.
         */
        public static BestMapView(bounds: number[], mapWidth: number, mapHeight: number, padding: number, tileSize: number): { center: number[], zoom: number } {
            if (bounds == null || bounds.length < 4) {
                return {
                    center: [0, 0],
                    zoom: 1
                };
            }

            var boundsDeltaX: number;
            var centerLat: number;
            var centerLon: number;

            //Check if east value is greater than west value which would indicate that bounding box crosses the antimeridian.
            if (bounds[2] > bounds[0]) {
                boundsDeltaX = bounds[2] - bounds[0];
                centerLon = (bounds[2] + bounds[0]) / 2;
            }
            else {
                boundsDeltaX = 360 - (bounds[0] - bounds[2]);
                centerLon = ((bounds[2] + bounds[0]) / 2 + 360) % 360 - 180;
            }

            var ry1 = Math.log((Math.sin(bounds[1] * Math.PI / 180) + 1) / Math.cos(bounds[1] * Math.PI / 180));
            var ry2 = Math.log((Math.sin(bounds[3] * Math.PI / 180) + 1) / Math.cos(bounds[3] * Math.PI / 180));
            var ryc = (ry1 + ry2) / 2;

            centerLat = Math.atan(Math.sinh(ryc)) * 180 / Math.PI;

            var resolutionHorizontal = boundsDeltaX / (mapWidth - padding * 2);

            var vy0 = Math.log(Math.tan(Math.PI * (0.25 + centerLat / 360)));
            var vy1 = Math.log(Math.tan(Math.PI * (0.25 + bounds[3] / 360)));
            var zoomFactorPowered = (mapHeight * 0.5 - padding) / (40.7436654315252 * (vy1 - vy0));
            var resolutionVertical = 360.0 / (zoomFactorPowered * tileSize);

            var resolution = Math.max(resolutionHorizontal, resolutionVertical);

            var zoom = Math.log2(360 / (resolution * tileSize));

            return {
                center: [centerLon, centerLat],
                zoom: zoom
            };
        }
    }
}

Observação

Os controles de mapa interativos no SDK do Azure Mapas têm funções auxiliares para converter entre posições geoespaciais e pixels de visor.