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Cesium的模型(ModelVS)顶点着色器浅析

来自glTF和3D Tiles的模型会走ModelVS.glsl。这个文件不单独是把模型顶点转换为屏幕坐标,还包含了丰富的处理过程。

Cesium是根据定义的Define判断某个行为是否需要被执行,比如#define HAS_SILHOUETTE,说明需要计算模型外轮廓线。

Cesium的ModelVS.glsl中可能并不直接实现某个方法,而是留给具体的行为赋予该方法实际的实现。这种策略的好处是ModelVS已经定义了流水线的整体逻辑,避免混乱。

1、定义解释

positionMC  模型坐标(Model Coordinates)。

ProcessedAttributes 这个结构体的定义比较隐晦,很难找到出处,相关代码如下:

//\engine\Source\Scene\Model\GeometryPipelineStage.js
shaderBuilder.addStruct(GeometryPipelineStage.STRUCT_ID_PROCESSED_ATTRIBUTES_VS,"ProcessedAttributes",ShaderDestination.VERTEX,
);
//主要有如下三个数据组成。
struct ProcessedAttributes
{vec3 positionMC;vec3 normalMC;vec2 texCoord_0;
};

2、dequantizationStage(去量化阶段)

这部分的glsl同样隐蔽,是由DequantizationPipelineStage.js在运行时生成的。

首先传入的模型需要定义一个quantization的Attribute。量化算法包括octEncodedDequantizeLine方法。其中octEncoded的算法是十进制(或256这样的进制)进行降维,比如(1,2)在256维可以表示为1*256+2=258。DequantizeLine算法也差不多,比如

attributes.texCoord_0 = model_quantizedVolumeOffset_texCoord_0 + a_quantized_texCoord_0 * model_quantizedVolumeStepSize;

3、morphTargetsStage和skinningStage(骨骼动画阶段)

跟dequantizationStage一样,代码也是运行时生成(MorphTargetsPipelineStage.js)。

动画我暂时就不展开,主要涉及morphedPosition、morphedNormal、morphedTangent三个关键属性。

4、primitiveOutlineStage(基本图元边界渲染阶段)

它要有元素(primitive)有outlineCoordinates这个Attribute。系统会创建一个model_outlineTexture的材质,在对应的线段上绘制出对应的颜色。

5、计算bitangentMC

这个数值一般传递到片元着色器去计算更好的纹理效果。

7、selectedFeatureIdStage

7.1、featureIdStage(存储featureId)

这个阶段主要为了接下来的自定义渲染、拣选。需要用到图元的featureIds。在这个阶段没有做什么复杂的事情,就是把用户的featureId转换为标准的featureId_N。这样在后面的自定义渲染等地方,就可以直接采用标准的featureId_N。

 7.2、ModelFeatureTable

要说到模型特征,必须提到BatchTable。以B3DM为例,它会根据其MetadataTable(属性表)创建ModelFeatureTable。 更多关于featureID的介绍可以看文CustomShaderGuide

7.2.1、它的出生

ModelFeatureTable最重要的一个属性是batchTexture。我们知道Cesium是最喜欢把数据存在Texture中的。

batchTexture就创建一个B3DM要素(Node)一样多的像素点的材质(面向GPU 的Texture)。因为GPU引擎可以创建的最大材质长度非常大(ContextLimits.maximumTextureSize=16384),因此这个贴图一般就一条线。这个材质按顺序存储RGBA颜色,且初始为白色。

7.2.2、它的多彩

如果设置了3dTiles的样式(Cesium3DTileStyle),那么默认创建的这个材质就要更新了。它会重新创建新的材质(Texture)。这时候这个材质的像素颜色就会变成用户针对每个ID的特定颜色了。

7.3、selectedFeatureIdStage

到了着色器阶段,一切就顺利成章了。首先在顶点着色器会读取每个顶点的attributes.featureId_0。然后根据这个值找到batchTexture的颜色。

这个颜色会跟模型本身的颜色进行混合,当然这是片元着色器的事情了。

baseColorWithAlpha.rgb = blend(baseColorWithAlpha.rgb, feature.color.rgb, model_colorBlend);

8、InstancingStage实例化阶段

这个阶段主要是计算I3DM模型实例的具体位置,I3DM实例会提供instancingTransform数据或者TS(translation、scale)两个数值来计算实例化矩阵。

9、geometryStage几何位置计算阶段

该阶段执行正常的PVM方法。

10、silhouetteStage 模型外轮廓高亮阶段

求得模型轮廓的方法,是基于顶点的法向。如果顶点法向与射线法向垂直,那么这就是一个轮廓线。当然正常情况下,是很难有非常准的垂直法向。因此只要满足一定阈值即可。

vec3 normal2 = normalize(czm_normal3D * attributes.normalMC);
normal2.x *= czm_projection[0][0];
ormal2.y *= czm_projection[1][1];
positionClip.xy += normal2.xy *50.0 *positionClip.w * czm_pixelRatio / czm_viewport.z;

而其中的 positionClip.w表示深度值,越靠近值越小。它可以让模型在远处也有一段轮廓边界。

 

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