cesium水深渲染与源码解析

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背景

当年使用Arcgis for js的时候，想渲染水面，一直不成功，什么结合three.js，奈何技术还不行，搞不定水面渲染。但是！今天终于实现了，可以实现高端水面渲染了。

版本说明

cesium 1.97

<script src="https://cesium.com/downloads/cesiumjs/releases/1.97/Build/Cesium/Cesium.js"></script>
<link href="https://cesium.com/downloads/cesiumjs/releases/1.97/Build/Cesium/Widgets/widgets.css" rel="stylesheet">

数据准备

一张png图片，最好是黑白渐变色，这样RGB通道值都是一样的，方便渲染水深。没有png图片就用ps画一张，并且裁剪出不规则的形状。

图1 水深栅格图

解析cesium官方Water源码

使用Cesium.Material创建water，然后debug加断点，在源码框看Cesium变量，在里边翻找source，就看到源码的字符串了。​

图2 Water材质源码

篡改源码，变成自己的材质器

fabric: {
                uniforms: {
                    depthMap: './images/depth_6.png',//水深截图
                    baseWaterColor: new Cesium.Color(64 / 255.0, 157 / 255.0, 253 / 255.0, 0.5),
                    blendColor: new Cesium.Color(0.0, 1.0, 0.7, 0.5),
                    // specularMap: './images/water.jpg', // Change to your specular map
                    normalMap: './images/waterNormals.jpg', // Change to your normal map
                    frequency: 800.0,
                    animationSpeed: 0.01,
                    amplitude: 3,
                    specularIntensity: 10,
                    fadeFactor: 1,
                    specularMap: "czm_defaultImage" 
                },
                source: `
                    uniform sampler2D specularMap;
                    uniform sampler2D normalMap;
                    uniform sampler2D depthMap;
                    uniform vec4 baseWaterColor;
                    uniform vec4 blendColor;
                    uniform float frequency;
                    uniform float animationSpeed;
                    uniform float amplitude;
                    uniform float specularIntensity;
                    uniform float fadeFactor;
                    czm_material czm_getMaterial(czm_materialInput materialInput)
                    {
                        czm_material material = czm_getDefaultMaterial(materialInput);
                        float time = czm_frameNumber * animationSpeed;
                        float fade = max(1.0, (length(materialInput.positionToEyeEC) / 10000000000.0) * frequency * fadeFactor);
                        float specularMapValue = texture2D(specularMap, materialInput.st).r;
                        vec4 noise = czm_getWaterNoise(normalMap, materialInput.st * frequency, time, 0.0);
                        vec3 normalTangentSpace = noise.xyz * vec3(1.0, 1.0, (1.0 / amplitude));
                        normalTangentSpace.xy /= fade;
                        normalTangentSpace = mix(vec3(0.0, 0.0, 50.0), normalTangentSpace, specularMapValue);
                        normalTangentSpace = normalize(normalTangentSpace);
                        float tsPerturbationRatio = clamp(dot(normalTangentSpace, vec3(0.0, 0.0, 1.0)), 0.0, 1.0);
                        material.alpha = mix(blendColor.a, baseWaterColor.a, specularMapValue) * specularMapValue;
                        material.diffuse = mix(blendColor.rgb, baseWaterColor.rgb, specularMapValue);
                        material.diffuse += (0.1 * tsPerturbationRatio);
                        material.diffuse = material.diffuse;
                        material.normal = normalize(materialInput.tangentToEyeMatrix * normalTangentSpace);
                        material.specular = specularIntensity;
                        material.shininess = 10.0;
                        // handle alpha to hidden other area
                        // made by dzm
                        float depthMapShow = texture2D(depthMap, materialInput.st).a;
                        if(depthMapShow < 0.5){
                            material.alpha = depthMapShow;
                        }
                        // set different color by depth
                        // you can edify code by yourself
                        float dep = texture2D(depthMap, materialInput.st).r;
                        if(dep > 0.3){
                            material.diffuse -= vec3(0.2);
                        }
                        if(dep > 0.5){
                            material.diffuse -= vec3(0.2);
                        }
                        if(dep > 0.7){
                            material.diffuse -= vec3(0.2);
                        }
                        if(dep > 0.9){
                            material.diffuse -= vec3(0.2);
                        }
 
                        return material;
                    }
            `
            },

　　效果图

图3 效果图1

图4 效果图2

中间踩坑

说到坑，那就太多了。好多个，慢慢爬出来的，坑如下：

• Cesium结合Three.js 特地去了github上找资源，找到了两个整合版本，还有Cesium官网的版本，渲染平常的3D物体是可以，但是渲染水面，就不行了。不显示的原因很多，猜测是WebGL的兼容问题、坐标系问题（找不见）、比例问题（太小，看不见渲染到哪里去了）
• Bilibili上找到一个水流模拟的案例，Cesium使用SPH方式的流体模拟测试_哔哩哔哩_bilibili   智智哥哥啊的案例很厉害，大佬。还看到了他的博客，讲思路，用sph实现。奈何，支持储备不够，搞不了人家那种。
• GPT聊天，找方案，我有水深的三角数据了，怎么才能Cesium渲染呢？给了一个个的方案，都不行。
• 中间了解到GLSL，使用两个着色器（点、片面），然后学了几天。The Book of Shaders   然后就会发现，GLSL的大佬是真的多呀，用GLSL做俄罗斯方块，复刻了！
• 复合材质渲染，没出效果，水都出不来，原因不详。
• 渲染栅格图，把源数据高程tif，浏览器不支持，搞成png，没经纬度了。问GPT咋办，一点点的试验，成了。所以：九品之人，AI替不了呀，看人家智智哥哥做的Cesium渲染，服！

相关知识储备

Cesium开发、GLSL、GIS基础、js调试

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github开源地址

https://github.com/dzmjs/CesiumRenderWaterWithDeep