cesium着色器學習系列7- PostProcessStage渲染 後處理,以圓形擴散爲例

網上有很多效果都是基於後處理來實現的

如bloom,雷達掃描,圓形擴散等;儘管前期學習了一些關於着色器的知識,但是要直接上手寫代碼還是比較困難

實際上,理解的都比較困難

因此在痛苦的折磨之後,終於算是摸清了一點點門道。下面這篇文章對於與PostProcessStage做出瞭解釋,

文中的每一句話我都懂,但最後讀代碼就不懂了。

https://www.cnblogs.com/webgl-angela/p/9272810.html

先上代碼:

  let viewer = new Cesium.Viewer('cesiumContainer',{
            imageryProvider:new Cesium.WebMapTileServiceImageryProvider({
                url:"http://t0.tianditu.com/img_w/wmts?service=wmts&request=GetTile&version=1.0.0&LAYER=img&tileMatrixSet=w&TileMatrix={TileMatrix}&TileRow={TileRow}&TileCol={TileCol}&style=default&format=tiles"+"&tk=token",
                layer: "tdtBasicLayer",
                style: "default",
                format: "image/jpeg",
                maximumLevel:18, //天地圖的最大縮放級別
                tileMatrixSetID: "GoogleMapsCompatible",
                show: false
            }),
            selectionIndicator : false,
            infoBox : false,
            //terrainProvider: Cesium.createWorldTerrain(),
            shouldAnimate : true,
            baseLayerPicker:true,
            // selectedImageryProviderViewModel:cs[7],

        });


        var lat = 39.70524201566827;// 42.006;
        var lon = 117.01296152309055;//128.055;
        viewer.scene.globe.depthTestAgainstTerrain = true;
        //取消雙擊事件
        viewer.cesiumWidget.screenSpaceEventHandler.removeInputAction(Cesium.ScreenSpaceEventType.LEFT_DOUBLE_CLICK);




        /*
        添加掃描線 depth關閉   lon:-74.01296152309055 lat:40.70524201566827 height:129.14366696393927
        viewer
        cartographicCenter 掃描中心
        maxRadius 最大半徑 米
        scanColor 掃描顏色
        duration 持續時間 毫秒
        */
        function AddCircleScanPostStage(viewer, cartographicCenter, maxRadius, scanColor, duration) {
            var ScanSegmentShader =
                "uniform sampler2D colorTexture;\n" +  //顏色紋理
                "uniform sampler2D depthTexture;\n" + //深度紋理
                "varying vec2 v_textureCoordinates;\n" + //紋理座標
                "uniform vec4 u_scanCenterEC;\n" +  //掃描中心
                "uniform vec3 u_scanPlaneNormalEC;\n" +  //掃描平面法向量
                "uniform float u_radius;\n" +   //掃描半徑
                "uniform vec4 u_scanColor;\n" +   //掃描顏色
                //根據二維向量和深度值 計算距離camera的向量
                "vec4 toEye(in vec2 uv, in float depth)\n" +
                " {\n" +
                " vec2 xy = vec2((uv.x * 2.0 - 1.0),(uv.y * 2.0 - 1.0));\n" +//
                " vec4 posInCamera =czm_inverseProjection * vec4(xy, depth, 1.0);\n" +//看看源碼中關於此函數的解釋是,cesium系統自動生成的4*4的反投影變換矩陣,從clip座標轉爲眼睛座標,clip座標是指頂點着色器的座標系統gl_position輸出的

                " posInCamera =posInCamera / posInCamera.w;\n" +  //將視角座標除深度分量
                " return posInCamera;\n" +
                " }\n" +
                //點在平面上的投影,輸入參數爲 平面法向量,平面起始點,測試點
                "vec3 pointProjectOnPlane(in vec3 planeNormal, in vec3 planeOrigin, in vec3 point)\n" +
                "{\n" +
                //計算測試點與平面起始點的向量
                "vec3 v01 = point -planeOrigin;\n" +
                //平面法向量與 測試點與平面上的點 點積  點積的幾何意義,b在a上的投影長度,
                    //即v01在平面法向量上的長度
                "float d = dot(planeNormal, v01) ;\n" +
                    //planeNormal * d 即爲v01在平面法向量上的投影向量
                    //根據三角形向量相加爲0的原則 即可得點在平面上的投影
                "return (point - planeNormal * d);\n" +
                "}\n" +
               //獲取深度值,根據紋理座標獲取深度值
                 "float getDepth(in vec4 depth)\n" +
                 "{\n" +
                    "float z_window = czm_unpackDepth(depth);\n" +  //源碼解釋將一個vec4向量還原到0,1內的一個數
                    "z_window = czm_reverseLogDepth(z_window);\n" + //czm_reverseLogDepth解開深度
                    "float n_range = czm_depthRange.near;\n" +//
                    "float f_range = czm_depthRange.far;\n" +
                    "return (2.0 * z_window - n_range - f_range) / (f_range - n_range);\n" +
                 "}\n" +

                 "void main()\n" +
                 "{\n" +
                    "gl_FragColor = texture2D(colorTexture, v_textureCoordinates);\n" +  //片元顏色
                    "float depth = getDepth( texture2D(depthTexture, v_textureCoordinates));\n" +//根據紋理獲取深度值
                    "vec4 viewPos = toEye(v_textureCoordinates, depth);\n" +//根據紋理座標和深度值獲取視點座標
                    //點在平面上的投影,平面法向量,平面中心,視點座標
                    "vec3 prjOnPlane = pointProjectOnPlane(u_scanPlaneNormalEC.xyz, u_scanCenterEC.xyz, viewPos.xyz);\n" +
                  //計算投影座標到視點中心的距離
                    "float dis = length(prjOnPlane.xyz - u_scanCenterEC.xyz);\n" +
                    //如果在掃描半徑內,則重新賦值片元顏色
                    "if(dis < u_radius)\n" +
                        "{\n" +
                    //計算與掃描中心的距離並歸一化
                         "float f =  dis/ u_radius;\n" +
                    //原博客如下,實際上可簡化爲上式子
                        //"float f = 1.0 -abs(u_radius - dis) / u_radius;\n" +
                       //四次方
                        "f = pow(f, 2.0);\n" +
                            //mix(x, y, a): x, y的線性混疊, x(1-a) + y*a;,
                    //效果解釋:在越接近掃描中心時,f越小,則片元的顏色越接近原來的,相反則越紅
                        "gl_FragColor = mix(gl_FragColor, u_scanColor, f);\n" +
                     "}\n" +
                  "}\n";

            var _Cartesian3Center = Cesium.Cartographic.toCartesian(cartographicCenter);
            var _Cartesian4Center = new Cesium.Cartesian4(_Cartesian3Center.x, _Cartesian3Center.y, _Cartesian3Center.z, 1);

            var _CartographicCenter1 = new Cesium.Cartographic(cartographicCenter.longitude, cartographicCenter.latitude, cartographicCenter.height + 500);
            var _Cartesian3Center1 = Cesium.Cartographic.toCartesian(_CartographicCenter1);
            var _Cartesian4Center1 = new Cesium.Cartesian4(_Cartesian3Center1.x, _Cartesian3Center1.y, _Cartesian3Center1.z, 1);

            var _time = (new Date()).getTime();

            var _scratchCartesian4Center = new Cesium.Cartesian4();
            var _scratchCartesian4Center1 = new Cesium.Cartesian4();
            var _scratchCartesian3Normal = new Cesium.Cartesian3();

            var ScanPostStage = new Cesium.PostProcessStage({
                fragmentShader: ScanSegmentShader,
                uniforms: {
                    u_scanCenterEC: function () {
                        return Cesium.Matrix4.multiplyByVector(viewer.camera._viewMatrix, _Cartesian4Center, _scratchCartesian4Center);
                    },
                    u_scanPlaneNormalEC: function () {
                        var temp = Cesium.Matrix4.multiplyByVector(viewer.camera._viewMatrix, _Cartesian4Center, _scratchCartesian4Center);
                        var temp1 = Cesium.Matrix4.multiplyByVector(viewer.camera._viewMatrix, _Cartesian4Center1, _scratchCartesian4Center1);
                        _scratchCartesian3Normal.x = temp1.x - temp.x;
                        _scratchCartesian3Normal.y = temp1.y - temp.y;
                        _scratchCartesian3Normal.z = temp1.z - temp.z;

                        Cesium.Cartesian3.normalize(_scratchCartesian3Normal, _scratchCartesian3Normal);
                        return _scratchCartesian3Normal;
                    },
                    u_radius: function () {
                        return maxRadius * (((new Date()).getTime() - _time) % duration) / duration;
                    },
                    u_scanColor: scanColor
                }
            });

            viewer.scene.postProcessStages.add(ScanPostStage);
        }

        viewer.camera.setView({
            destination: Cesium.Cartesian3.fromDegrees(lon, lat, 300000)
        });
        var CartographicCenter = new Cesium.Cartographic(Cesium.Math.toRadians(lon), Cesium.Math.toRadians(lat), 0);
        var scanColor = new Cesium.Color(1.0, 0.0, 0.0, 1);
        AddCircleScanPostStage(viewer, CartographicCenter, 1500, scanColor, 4000);

首先要明確一點:webgl中頂點着色器與片元着色器總是成對出現

 

而該API是僅提供了片元着色器代碼的入口,實際上該API會默認獲取當前視角下的視圖範圍作爲頂點着色器;

將  着色器中  "if(dis < u_radius)\n" 註釋掉之後就會發現,整個視圖內基本都變成紅色了

關於這一點,在首次接觸這段代碼的時候困擾了我很久

實現該效果的原理就是:

判斷片元與圓心的距離是否大於半徑,如果小於半徑,則更改該片元的顏色,否則使用原來的片元顏色;

我們看到的是一個圓形,實際上,該圓形也是由若干個片元構成的

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