cesium比较区别 opengl_Cesium中Primitive讲解

前面介绍了entity方式绘制对象，现在我们开始接触primitive方式，primitive方式更接近渲染引擎底层，由于我对webgl知之甚少，因此primitive接口我现在也是一知半解，写这个博客我参考了这一篇博客Cesium(三) 几何图形与外观。(https://blog.csdn.net/happyduoduo1/article/details/51868042)

1、Primitive由两个部分组成

(1)几何形状(Geometry)：定义了Primitive的结构，例如三角形、线条、点等

(2)外观(Appearance )：定义Primitive的着色(Sharding)，包括GLSL(OpenGL着色语言，OpenGL ShadingLanguage)顶点着色器和片段着色器( vertex and fragment shaders)，以及渲染状态(render state)

Cesium支持以下几何图形：

image.png

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使用Geometry和Appearance 具有以下优势：

(1)性能：绘制大量Primitive时，可以将其合并为单个Geometry以减轻CPU负担、更好的使用GPU。合并Primitive由web worker线程执行，UI保持响应性

(2)灵活性：Geometry与Appearance 解耦，两者可以分别进行修改

(3)低级别访问：易于编写GLSL 顶点、片段着色器、使用自定义的渲染状态

同时，具有以下劣势：

(1)需要编写更多地代码

(2)需要对图形编程有更多的理解，特别是OpenGL的知识

下面代码是entity与primitive方式对比：

//entity方式

viewer.entities.add({

rectangle: {

coordinates: Cesium.Rectangle.fromDegrees(110.20, 34.55, 111.20, 35.55),

material: new Cesium.StripeMaterialProperty({

evenColor: Cesium.Color.WHITE,

oddColor: Cesium.Color.BLUE,

repeat:5

})

}

});

//primitive方式

var instance = new Cesium.GeometryInstance({

geometry: new Cesium.RectangleGeometry({

rectangle: Cesium.Rectangle.fromDegrees(105.20, 30.55, 106.20, 31.55),

vertexFormat:Cesium.EllipsoidSurfaceAppearance.VERTEXT_FORMAT

})

});

viewer.scene.primitives.add(new Cesium.Primitive({

geometryInstances: instance,

appearance: new Cesium.EllipsoidSurfaceAppearance({

material:Cesium.Material.fromType('Stripe')

})

}));

2、合并几何图形(Combing Geometries)

合并多个GeometryInstances 为一个Primitive可以极大的提高性能，下面的例子创建了2592个颜色各异的矩形，覆盖整个地球 ：

var viewer = new Cesium.Viewer( 'cesiumContainer' );

var scene = viewer.scene;

var instances = [];

for ( var lon = -180.0; lon < 180.0; lon += 5.0 )

{

for ( var lat = -90.0; lat < 90.0; lat += 5.0 )

{

instances.push( new Cesium.GeometryInstance( {

geometry : new Cesium.RectangleGeometry( {

rectangle : Cesium.Rectangle.fromDegrees( lon, lat, lon + 5.0, lat + 5.0 )

} ),

attributes : {

color : Cesium.ColorGeometryInstanceAttribute.fromColor( Cesium.Color.fromRandom( {

alpha : 0.5

} ) )

}

} ) );

}

}

scene.primitives.add( new Cesium.Primitive( {

geometryInstances : instances, //合并

//某些外观允许每个几何图形实例分别指定某个属性，例如：

appearance : new Cesium.PerInstanceColorAppearance()

} ) );

3、选取几何图形(Picking)

即使多个 GeometryInstance被合并为单个Primitive，让然可以独立的被访问。我们可以为每一个GeometryInstance指定一个id，并且可以通过Scene.pick来判断该实例是否被选取：

var viewer = new Cesium.Viewer( 'cesiumContainer' );

var scene = viewer.scene;

var instance = new Cesium.GeometryInstance( {

geometry : new Cesium.RectangleGeometry( {

rectangle : Cesium.Rectangle.fromDegrees( -100.0, 30.0, -90.0, 40.0 )

} ),

id : 'rectangle-1',

attributes : {

color : Cesium.ColorGeometryInstanceAttribute.fromColor( Cesium.Color.RED )

}

} );

scene.primitives.add( new Cesium.Primitive( {

geometryInstances : instance,

appearance : new Cesium.PerInstanceColorAppearance()

} ) );

var handler = new Cesium.ScreenSpaceEventHandler( scene.canvas );

//设置单击事件的处理句柄

handler.setInputAction( function( movement )

{

var pick = scene.pick( movement.position );

if ( Cesium.defined( pick ) && ( pick.id === 'rectangle-1' ) )

{

console.log( '矩形被选取' );

}

}, Cesium.ScreenSpaceEventType.LEFT_CLICK );

4、几何图形实例(Geometry Instances)

上面的例子中，我们已经用到了GeometryInstances，注意GeometryInstance与Geometry的关系：前者是后者的容器，多个Instance可以共用一个Geometry，并且可以通过GeometryInstances.modelMatrix属性提供不同position、scale、rotate等位置、缩放、旋转信息。例如，下面的例子使用同一个Geometry绘制了两个Instance，一个位于另一个的上方：

var viewer = new Cesium.Viewer( 'cesiumContainer' );

var scene = viewer.scene;

var ellipsoidGeometry = new Cesium.EllipsoidGeometry( {

vertexFormat : Cesium.PerInstanceColorAppearance.VERTEX_FORMAT,

radii : new Cesium.Cartesian3( 300000.0, 200000.0, 150000.0 )//三轴半径

} );

//下方的实例

var cyanEllipsoidInstance = new Cesium.GeometryInstance( {

geometry : ellipsoidGeometry,

modelMatrix : Cesium.Matrix4.multiplyByTranslation( Cesium.Transforms.eastNorthUpToFixedFrame( Cesium.Cartesian3.fromDegrees( -100.0, 40.0 ) ), new Cesium.Cartesian3( 0.0, 0.0, 150000.0 ) ),

attributes : {

color : Cesium.ColorGeometryInstanceAttribute.fromColor( Cesium.Color.CYAN )

}

} );

//上方的实例

var orangeEllipsoidInstance = new Cesium.GeometryInstance( {

geometry : ellipsoidGeometry,

modelMatrix : Cesium.Matrix4.multiplyByTranslation( Cesium.Transforms.eastNorthUpToFixedFrame( Cesium.Cartesian3.fromDegrees( -100.0, 40.0 ) ), new Cesium.Cartesian3( 0.0, 0.0, 450000.0 ) ),

attributes : {

color : Cesium.ColorGeometryInstanceAttribute.fromColor( Cesium.Color.ORANGE )

}

} );

scene.primitives.add( new Cesium.Primitive( {

geometryInstances : [

cyanEllipsoidInstance, orangeEllipsoidInstance

],

appearance : new Cesium.PerInstanceColorAppearance( {

translucent : false,

closed : true

} )

} ) );

5、更新单个GeometryInstance的属性

在添加到Primitive中以后，仍然可以修改几何图形的某些属性：

(1)颜色：如果Primitive设置了PerInstanceColorAppearance外观，则可以修改ColorGeometryInstanceAttribute类型的颜色

(2)可见性：任何实例可以修改可见性

var viewer = new Cesium.Viewer( 'cesiumContainer' );

var scene = viewer.scene;

var circleInstance = new Cesium.GeometryInstance( {

geometry : new Cesium.CircleGeometry( {

center : Cesium.Cartesian3.fromDegrees( -95.0, 43.0 ),

radius : 250000.0,

vertexFormat : Cesium.PerInstanceColorAppearance.VERTEX_FORMAT

} ),

attributes : {

color : Cesium.ColorGeometryInstanceAttribute.fromColor( new Cesium.Color( 1.0, 0.0, 0.0, 0.5 ) ),

show : new Cesium.ShowGeometryInstanceAttribute( true ) //显示或者隐藏

},

id : 'circle'

} );

var primitive = new Cesium.Primitive( {

geometryInstances : circleInstance,

appearance : new Cesium.PerInstanceColorAppearance( {

translucent : false,

closed : true

} )

} );

scene.primitives.add( primitive );

//定期修改颜色

setInterval( function()

{

var attributes = primitive.getGeometryInstanceAttributes( 'circle' );//获取某个实例的属性集

attributes.color = Cesium.ColorGeometryInstanceAttribute.toValue( Cesium.Color.fromRandom( {

alpha : 1.0

} ) );

}, 2000 );

6、外观(Appearances)

Primitive由两个重要部分组成：几何图形实例、外观，一个Primitive只能有一个外观，而可以有多个实例。几何图形定义了结构，外观定义了每个像素被如何着色，外观可能使用材质(Material)。这些对象的关系如下图所示：

image.png

外观定义了需要在GPU上执行的完整的GLSL顶点、片段着色器，通常不需要修改这一部分，除非需要定义自己的外观。

外观还定义了完整的render state，用于在绘制Primitive时控制GPU的状态，可以直接或者通过高层API来定义render state：

//下面的外观可用于定义一个Viewer不可进入的不透明盒子

var appearance = new Cesium.PerInstanceColorAppearance( {

translucent : false,

closed : true

} );

//下面的代码效果同上

var translucent = new Cesium.PerInstanceColorAppearance( {

renderState : {

depthTest : {

enabled : true

},

cull : {

enabled : true,

face : Cesium.CullFace.BACK

}

}

} );

一旦外观被创建，其render state就不可再变，但是其材质是可以替换的。另外Primitive的外观也是不可修改的。

大部分外观具有flat、faceForward属性，可以间接的控制GLSL 着色器：

(1)flat：扁平化着色，不考虑光线的作用

(2)faceForward：布尔值，控制光照效果

7、Geometry与Appearance的兼容性

需要注意，不是所有外观和所有几何图形可以搭配使用，例如EllipsoidSurfaceAppearance与WallGeometry就不能搭配，原因是后者是垂直于地表的。

即使外观与几何图形兼容，它们还必须有匹配的顶点格式(vertex formats)—— 即几何图形必须具有外观可以作为输入的数据格式，在创建Geometry时可以提供VertexFormat。

为了简便，可以让Geometry计算所有顶点属性(vertex attributes)，以使之适用于任何外观，但这样做效率较差：

var geometry = new Cesium.RectangleGeometry( {

vertexFormat : Cesium.VertexFormat.ALL

} );

而如果我们使用外观EllipsoidSurfaceAppearance，其实只需要知道位置：

var geometry = new Ceisum.RectangleGeometry( {

vertexFormat : Ceisum.VertexFormat.POSITION_ONLY

} );

大部分外观具有vertexFormat属性或者VERTEX_FORMAT 静态常量，创建形状时只需要使用这些顶点格式即可：

var geometry = new Ceisum.RectangleGeometry( {

vertexFormat : Ceisum.EllipsoidSurfaceAppearance.VERTEX_FORMAT

} );

var geometry2 = new Ceisum.RectangleGeometry( {

vertexFormat : Ceisum.PerInstanceColorAppearance.VERTEX_FORMAT

} );

var appearance = new Ceisum.MaterialAppearance();

var geometry3 = new Ceisum.RectangleGeometry( {

vertexFormat : appearance.vertexFormat

} );

此外，两个形状必须具有匹配的vertexFormat，才能被合并到一个Primitive中。