CesiumJS PrimitiveAPI 高级着色入门-底层知识

CesiumJS 是一个非常强大的开源 JavaScript 库,用于在 web 浏览器中创建 3D 地球仪和 2D 地图。它提供了丰富的API,允许开发者构建复杂的地理空间可视化应用。在 CesiumJS 中,PrimitiveAPI 允许你以较低级别的方式渲染几何体,如点、线和多边形等,这为自定义着色和渲染效果提供了可能。

CesiumJS PrimitiveAPI 高级着色入门-底层知识
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底层知识

渲染状态对象

注意到一个东西:appearance.renderState,在创建外观对象时可以传入一个对象字面量:

也可以不传递,默认会生成这样一个对象:

这个对象会记录在外观对象上,伴随着 Primitive 的更新过程,还会增增减减、修改状态值,在 Primitive 的 createRenderStates 函数中,用这个对象的即时值创建或取得缓存的 RenderState 实例,等待着在 createCommands 函数中传递给 DrawCommand

RenderState 的状态值和 WebGL 最终渲染有关,在 Context 模块的 beginDraw 函数、applyRenderState 函数中,就有大量使用渲染状态的代码(还要往里进去两三层),举例:

这两个函数就是在修改 WebGL 全局状态的值,值来自 RenderState 实例的 depthMaskstencilMask 字段。

CesiumJS 漫长的一帧的更新过程中,有两个状态对象可以关注一下,一个是挂载在 Scene 上的 帧状态 对象(FrameState 实例),另一个就是身处于各个实际三维对象上的 渲染状态 对象(RenderState 实例)。前者记录一些整装待发的资源,例如 DrawCommand 清单等,后者则为三维对象标记在实际渲染时要更改 WebGL 全局状态的状态值。两大状态的链接桥梁是 DrawCommand

似 Primitive 对象与创建似 Primitive 对象

这一节介绍的内容将有助于理解 CesiumJS 单帧更新的核心思路。别看 CesiumJS 拥有这么多加载数据、模型的 API 类,实际上是可以根据它们在场景结构中的层级,做个简单的分类:

  • Entity 与 DataSource,高层级的数据 API,是高级的人类友好的数据格式加载封装,还能与时间关联
  • Globe 与 ImageryLayer,负责地球本身的渲染,含皮肤(影像 Provider)和肌肉(地形 Provider)
  • Primitive 家族,含本篇介绍的 Primitive,以及 glTF3DTiles 等数据

Entity 和 DataSource 实际上底层也是在调用 Primitive 家族,只不过这两个属于 Viewer;中间的 Globe 与 ImageryLayer 和最后的 Primitive 家族,属于 Scene 容器。

既然这篇是介绍的 Primitive,那么就重点介绍 Primitive 家族。

你一定注意过可以向 scene.primitives 这个 PrimitiveCollection 中添加好几种对象:ModelCesium3DTilesetPrimitiveCollection(是的,可以嵌套添加)、PointPrimitiveGroundPrimitiveClassificationPrimitive 以及本篇介绍的 Primitive 均可以,在 1.101 版本的更新中还添加了一个体素:VoxelPrimitive(仍在测试)。

我将这类 Primitive 家族类,称为 PrimitiveLike 类,即“似 Primitive”。

这些似 Primitive 有一个共同点,才能添加到 PrimitiveCollection 中,伴随着场景的单帧更新过程进入 WebGL 渲染。它们的共同点:

  • update 实例方法
  • destroy 实例方法

update 方法中,它接受 FrameState 对象传入,然后经过自己的渲染逻辑,创建出一系列的指令对象(主要是 DrawCommand),并送入帧状态对象的指令数组中,待更新完毕最终进入 WebGL 的渲染。

所以知道这些有什么用呢?

Cesium 团队是一个求稳的团队,2012 年还在内测的时候,ES5 标准才落地没多久,哪怕现在的代码也仍然是使用函数来创建类,而不是用 ES6 的 Class(尽管现在切换过去已经没什么技术难点了)。ES6 实现类继承是很简单的,但是在那个时候就比较困难了。像这种似 Primitive 的情况,ES6 来写实际上就是有一个共同的父类罢了,如果是 TypeScript,那更是可以抽象为更轻量的 interface

这构成了编写自定义 Primitive 的基础,CesiumJS 团队和 CesiumLab 核心成员 vtxf 均有一些古早的资料,告诉你如何编写自定义的 Primitive 类。

Primitive 在 Scene 中的大致图示

这样就能大致看到在什么时候更新的 PrimitiveCollection 了。

文末小结

整篇文章分为4个章节,主要介绍这几个内容:

  • 一般性的 Primitive API 用法,包括:Geometry API 的自定义几何、参数内置几何;Appearance + Material API 所表达的 CesiumJS Fabric 材质规范
  • 提出似 Primitive 的概念,为之后自定义 Primitive 学习挡在 WebGL 原生接口之前的最底层 API 打下基础
  • 简单思考了 CesiumJS 的着色器设计和应用

CesiumJS PrimitiveAPI 高级着色入门-索引

CesiumJS PrimitiveAPI 高级着色入门-参数化几何

CesiumJS PrimitiveAPI 高级着色入门-外观材质

CesiumJS PrimitiveAPI 高级着色入门-使用 GLSL 着色器

CesiumJS PrimitiveAPI 高级着色入门-底层知识

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