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【Cesium学习】着色器详解【待进一步总结】

news 2025/12/27 19:44:35

在Cesium中，drawCommand 和 CustomShader 是与渲染管线和自定义渲染效果相关的两个重要概念，但它们各自有不同的作用和应用场景。下面我将分别详解这两个概念。

drawCommand

drawCommand 是 Cesium 渲染引擎内部使用的一个概念，它代表了单个渲染命令，通常包含了一组需要被WebGL API绘制的顶点和相应的渲染状态（如着色器程序、材质属性等）。在 Cesium 的渲染过程中，会生成多个 drawCommand 对象，这些对象被组织成渲染队列，并按照一定的顺序提交给 WebGL 上下文进行绘制。

然而，作为 Cesium 的使用者，你通常不需要直接操作 drawCommand 对象。Cesium 的设计初衷是提供一套高级的API，让开发者能够以声明式的方式创建和管理场景中的对象，而不需要深入到渲染管线的底层细节中去。

如何在 Cesium 中编写自定义 WebGL 着色器

在 Cesium 中编写自定义 WebGL 着色器通常涉及到在 PostProcessStage、Material、或自定义的 Primitive（如使用 CustomDataSource 和 Entity）中定义和使用这些着色器。以下是在这些不同上下文中编写和使用自定义 WebGL 着色器的基本步骤：

1. 定义着色器代码

首先，你需要定义你的顶点着色器（vertex shader）和片段着色器（fragment shader）的代码。这些代码将使用 GLSL（OpenGL Shading Language）编写。

// 顶点着色器示例  
vertexShaderText = `  attribute vec3 position;  attribute vec2 uv;  varying vec2 v_textureCoordinates;  void main() {  v_textureCoordinates = uv;  gl_Position = czm_modelViewProjection * vec4(position, 1.0);  }  
`;  // 片段着色器示例，用于简单的颜色变换  
fragmentShaderText = `  precision highp float;  uniform sampler2D colorTexture;  varying vec2 v_textureCoordinates;  void main() {  vec4 color = texture2D(colorTexture, v_textureCoordinates);  // 对颜色进行某种变换  gl_FragColor = vec4(color.rgb * 2.0, color.a); // 例如，将颜色亮度加倍  }  
`;

2. 在 PostProcessStage 中使用着色器

如果你想要在后期处理阶段应用着色器，你可以通过扩展 Cesium.PostProcessStage 来实现。

class CustomPostProcess extends Cesium.PostProcessStage {  constructor() {  super('CustomPostProcess');  this.fragmentShaderText = fragmentShaderText; // 使用之前定义的片段着色器  // 如果需要，也可以定义顶点着色器  // 但对于大多数后期处理来说，顶点着色器通常不是必需的  }  // 其他必要的实现，如 uniforms 管理等  
}  // 添加到 Cesium Viewer 的后期处理链中  
var viewer = new Cesium.Viewer('cesiumContainer');  
var customStage = new CustomPostProcess();  
viewer.scene.postProcessStages.add(customStage);

3. 在 Material 中使用着色器

如果你想要在 3D 模型的材质上应用自定义着色器，你可以通过创建自定义的 Material 来实现。Cesium 允许你通过 MaterialProperty 和相应的 GLSL 代码来定义材质

// 假设 Cesium 有一个可以接受自定义着色器的 Material 类型（实际上，你可能需要扩展或创建自己的 Material 类型）  
var customMaterial = new Cesium.Material({  fabric: {  type: 'Custom/MyCustomMaterial',  uniforms: {  // 定义你的 uniforms  },  source: {  vertexShaderSource: vertexShaderText,  fragmentShaderSource: fragmentShaderText  }  }  
});  // 然后将这个材质应用到某个实体或原语上  
var entity = viewer.entities.add({  // ... 其他属性  material: customMaterial  
});

注意：Cesium 的标准 Material 类型可能不直接支持完全自定义的 GLSL 代码。在这种情况下，你可能需要扩展 Cesium 的 Material 系统，或者通过其他方式（如使用 Primitive 和自定义的渲染命令）来应用你的着色器。

4. 在 Primitive 中使用着色器

对于更复杂的用例，你可能需要直接操作 WebGL 上下文，并使用 Cesium 提供的底层渲染功能。这通常涉及到创建自定义的 Primitive，并在其中设置顶点数组、索引数组、着色器等。

这通常涉及到更深入的 WebGL 和 Cesium 内部工作机制的知识，并且可能不是所有用例都需要的。

CustomShader

CustomShader 是 Cesium 提供的一个功能（在某些版本中可能是实验性的），它允许开发者为 Cesium 中的对象自定义顶点和片段着色器代码。通过 CustomShader，你可以实现复杂的视觉效果，如自定义的材质、光照模型、后期处理效果等。

然而，需要注意的是，CustomShader 的具体实现和使用方式可能会随着 Cesium 版本的更新而发生变化。在较新的 Cesium 版本中，可能并不直接提供 CustomShader 类，而是通过其他方式（如通过材质系统、渲染管道阶段等）来支持自定义着色器。

如果你想要使用自定义着色器，并且你的 Cesium 版本支持 CustomShader 或类似的功能，你可以按照以下步骤进行：

编写着色器代码：首先，你需要编写自定义的顶点和片段着色器代码。这些代码需要符合 WebGL 的 GLSL（OpenGL Shading Language）规范。
创建 CustomShader 实例（如果适用）：如果你的 Cesium 版本提供了 CustomShader 类，你可以创建该类的实例，并将你的着色器代码作为参数传递给它。
将 CustomShader 应用到对象上：这通常需要你找到一种方式将 CustomShader 与 Cesium 中的对象（如 Entity、Primitive 或其他渲染图元）关联起来。这可能需要你深入到 Cesium 的内部实现中，或者等待 Cesium 提供更高级的API来支持这一功能。
调整和优化：一旦你的自定义着色器被应用到对象上，你就可以在 Cesium 应用程序中看到效果了。根据需要，你可能需要调整着色器代码或渲染参数以达到最佳效果。

需要注意的是，由于 Cesium 的渲染管线非常复杂，并且涉及到底层的 WebGL 调用，因此自定义着色器可能会增加应用程序的复杂性和维护难度。此外，由于 WebGL 的性能限制，自定义着色器也可能会对渲染性能产生影响。因此，在决定使用自定义着色器之前，请务必仔细评估其必要性和潜在的影响。

在Cesium中使用CustomShader（如果Cesium版本支持此功能）可以让你自定义着色器代码，从而控制渲染过程中的视觉效果。然而，需要注意的是，CustomShader可能是一个实验性功能，其API和可用性可能会随着Cesium版本的更新而变化。

以下是一个基本的使用CustomShader的示例，但请注意，由于Cesium的更新，以下代码可能需要根据你的Cesium版本进行调整。

首先，确保你的Cesium版本支持CustomShader。然后，你可以按照以下步骤使用它：

创建CustomShader实例：你需要创建一个Cesium.CustomShader的实例，并传入片段着色器（fragment shader）和/或顶点着色器（vertex shader）的代码。
将CustomShader应用到实体（Entity）或图元（Primitive）：CustomShader不能直接应用到所有类型的Cesium对象上。它通常与Primitive一起使用，或者通过一些间接的方式应用到Entity上（如果Entity使用了底层的Primitive进行渲染）。然而，对于3D Tiles等复杂对象，直接应用CustomShader可能更加复杂，可能需要修改Cesium的源代码或使用其他技术。
配置和使用：一旦你创建了CustomShader实例并将其应用到相应的对象上，你就可以通过修改着色器代码来影响渲染效果了。

但是，由于CustomShader通常与底层的Primitive一起使用，并且3D Tiles的渲染是通过Cesium的3D Tiles API内部处理的，因此直接将CustomShader应用到3D Tiles上可能不是一个简单的任务。

一个可能的解决方案是：

修改Cesium源代码：找到Cesium处理3D Tiles渲染的部分，并尝试在那里插入你的自定义着色器代码。这通常需要对Cesium的渲染管线和WebGL有深入的了解。
使用后期处理（Post-Processing）：如果直接修改着色器代码不可行，你可以考虑使用后期处理效果来模拟泛光。Cesium提供了PostProcessStage类，允许你添加自定义的后期处理效果。
等待Cesium的更新：随着Cesium的发展，可能会添加更多支持自定义着色器或视觉效果的功能。

下面是一个简化的CustomShader使用示例，但它不是直接应用于3D Tiles的：

// 假设这是一个片段着色器的代码片段  
var fragmentShaderText = `  void main() {  // 自定义的着色器逻辑  gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0); // 红色  }  
`;  // 创建CustomShader实例  
var customShader = new Cesium.CustomShader({  fragmentShaderText : fragmentShaderText,  // 如果需要，也可以提供顶点着色器代码  // vertexShaderText : yourVertexShaderCode,  // 其他配置...  
});  // 注意：以下代码是示意性的，因为CustomShader通常与Primitive一起使用  
// 而不是直接与Entity或3D Tiles一起使用  
// 假设你有一个Primitive，你可以这样应用CustomShader  
// var primitive = new Cesium.Primitive(/* ... */);  
// primitive.customShader = customShader; // 注意：这通常不是实际的API，只是示意  // 由于3D Tiles的复杂性，你可能需要采取不同的方法  
// 例如，修改Cesium源代码或使用后期处理效果

应用：cesium加载3dtiles白膜，并给白膜添加一个泛光的边框

在Cesium中加载3D Tiles并为其添加泛光边框（通常称为轮廓或光晕效果）是一个相对高级的任务，因为Cesium本身不直接提供这样的功能。不过，你可以通过几种方法来实现这一效果。

方法一：使用后期处理（Post-Processing）

一种常见的方法是使用Cesium的后期处理功能来添加泛光效果。你可以创建一个自定义的后期处理阶段（PostProcessStage），该阶段会在渲染完成后对图像进行处理，以添加边框效果。

然而，直接在后期处理中添加边框到特定的3D Tiles对象（如白膜）可能比较复杂，因为后期处理通常作用于整个视口。你可能需要一种方法来标识哪些像素属于你想要添加边框的对象。

步骤：

加载3D Tiles：首先，确保你的3D Tiles已经正确加载到Cesium中。
识别对象：你可能需要在着色器中添加一些逻辑来标记属于特定对象的像素（例如，通过输出一个额外的渲染目标或使用某种形式的ID）。
创建后期处理阶段：编写一个自定义的PostProcessStage，该阶段读取渲染结果，并基于步骤2中的标记来添加边框。
应用后期处理：将你的后期处理阶段添加到Cesium的渲染管线中。

方法二：使用着色器（Shader）

另一种方法是在着色器级别直接添加边框效果。这通常涉及到修改顶点着色器和片段着色器，以在对象的边缘周围绘制额外的像素或线条。

然而，对于3D Tiles，这种方法可能更加复杂，因为3D Tiles通常是由多个瓦片组成的，每个瓦片都有自己的着色器。你可能需要修改Cesium的3D Tiles加载器或着色器代码来添加这种效果。

可能的解决方案：

修改Cesium源代码：直接修改Cesium的3D Tiles加载器和着色器代码，以在渲染过程中添加边框。
使用代理图元：创建一个与3D Tiles对象紧密对齐的代理Primitive或Entity，该对象使用自定义着色器来绘制边框。这可能需要一些计算来确定代理对象的位置和大小。

方法三：使用外部库或工具

还有一些外部库或工具可能能够帮助你实现这种效果，尽管它们可能不是专门为Cesium设计的。例如，你可以使用WebGL的着色器库（如Three.js的GLSL着色器）来创建边框效果，然后将结果作为纹理或图像传递给Cesium。