Cesium 自定义 Primitive 的实现与应用Cesium 自定义 Primitive 的实现与应用 Cesiu

Cesium 自定义 Primitive 的实现与应用

Cesium 是一个强大的开源 3D 地球引擎，提供了高度可定制化的功能，用于显示地图、地理空间数据以及 3D 模型等。在 Cesium 中，Primitive 是一个关键概念，它代表了对一个图形或地理对象的低级描述。默认的 Primitive 主要用于绘制标准几何体，如立方体、球体等，但 Cesium 还允许用户创建自定义 Primitive，以满足复杂或特殊的需求。

本文将介绍如何在 Cesium 中创建和使用自定义 Primitive，以及一些实际应用场景。

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1. `Primitive` 的基本概念

在 Cesium 中，Primitive 是一种低级别的渲染对象，表示一个可被绘制到场景中的几何体或模型。与 Entity 或 3D Tiles 等高级对象相比，Primitive 更加灵活且高效，适合用于绘制复杂的图形、纹理或几何数据。Primitive 主要通过 Geometry 来表示几何形状，可以是简单的几何图形，也可以是复杂的几何体，如自定义的 Mesh。

2. 为什么需要自定义 `Primitive`？

默认的 Primitive 提供了一些常见的几何图形，但在实际开发中，可能会遇到一些特定需求，这时需要通过自定义 Primitive 来满足。这些需求可能包括：

绘制一些非标准的几何形状。
使用自定义的顶点着色器和片段着色器来进行特殊的渲染效果。
在场景中动态更新图形（例如动态绘制折线、散点图等）。

3. 创建一个自定义 `Primitive`

自定义 Primitive 的基本步骤包括：

定义几何体（Geometry）。
创建一个 Primitive，并在其中包含自定义的几何体和着色器。
将自定义的 Primitive 添加到 Cesium 场景中进行渲染。

以下是一个简单的例子，演示如何创建一个自定义的 Primitive，并绘制一个自定义形状：

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

// 自定义几何体：一个简单的三角形
const triangleGeometry = new Cesium.Geometry({
    attributes: {
        position: new Cesium.GeometryAttribute({
            componentDatatype: Cesium.ComponentDatatype.FLOAT,
            componentsPerAttribute: 3,
            values: new Float32Array([
                0.0,  1.0,  0.0, // 顶点1
               -1.0, -1.0,  0.0, // 顶点2
                1.0, -1.0,  0.0  // 顶点3
            ])
        })
    },
    indices: new Uint16Array([0, 1, 2]), // 三角形的索引
    primitiveType: Cesium.PrimitiveType.TRIANGLES, // 使用三角形绘制
    boundingVolume: new Cesium.BoundingVolume(new Cesium.BoundingSphere(Cesium.Cartesian3.ZERO, 1.0))
});

// 创建自定义的 Primitive
const customPrimitive = new Cesium.Primitive({
    geometryInstances: new Cesium.GeometryInstance({
        geometry: triangleGeometry
    }),
    appearance: new Cesium.PerInstanceColorAppearance({
        closed: true
    }),
    asynchronous: false
});

// 将 Primitive 添加到场景
viewer.scene.primitives.add(customPrimitive);

在这个例子中，我们定义了一个简单的三角形几何体，并通过 GeometryInstance 和 Primitive 进行包装，最后添加到 Cesium 的 primitives 集合中进行渲染。

4. 使用自定义着色器

Cesium 允许用户使用自定义的着色器来扩展渲染效果。例如，我们可以通过编写 GLSL 代码来实现不同的渲染效果。以下是如何在 Primitive 中使用自定义着色器的基本步骤：

// 自定义顶点着色器
const vertexShaderSource = `
    attribute vec3 position;
    void main() {
        gl_Position = czm_modelViewProjection * vec4(position, 1.0);
    }
`;

// 自定义片段着色器
const fragmentShaderSource = `
    void main() {
        gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0); // 红色
    }
`;

// 创建自定义的材质
const customMaterial = new Cesium.Material({
    fabric: {
        type: 'CustomMaterial',
        uniforms: {},
        source: fragmentShaderSource
    }
});

// 创建 Primitive 时应用自定义材质
const customPrimitiveWithShader = new Cesium.Primitive({
    geometryInstances: new Cesium.GeometryInstance({
        geometry: triangleGeometry
    }),
    appearance: new Cesium.MaterialAppearance({
        material: customMaterial
    }),
    asynchronous: false
});

viewer.scene.primitives.add(customPrimitiveWithShader);

在这个例子中，我们为自定义的三角形添加了一个简单的红色片段着色器，来改变渲染的颜色。你可以根据需求编写更复杂的着色器，实现不同的效果。

5. 动态更新自定义 Primitive

自定义 Primitive 也支持动态更新。例如，如果我们要动态更新图形的顶点位置或颜色，可以通过 Cesium 的 GeometryInstance 来实现：

const geometryInstance = new Cesium.GeometryInstance({
    geometry: triangleGeometry
});

// 创建 Primitive 时，将 GeometryInstance 包含其中
const dynamicPrimitive = new Cesium.Primitive({
    geometryInstances: geometryInstance,
    appearance: new Cesium.PerInstanceColorAppearance({
        closed: true
    }),
    asynchronous: false
});

viewer.scene.primitives.add(dynamicPrimitive);

// 动态更新顶点位置
geometryInstance.geometry.attributes.position.values[0] = 0.0;
geometryInstance.geometry.attributes.position.values[1] = 2.0; // 更新顶点1的 Y 坐标

viewer.scene.requestRender(); // 请求渲染，更新场景

6. 应用场景

地图上绘制自定义图形：你可以通过自定义 Primitive 在 Cesium 地球上绘制任意的图形，如标记、道路、建筑物等，尤其是在需要精细控制渲染时。
科学可视化：通过自定义几何体、纹理和着色器，用户可以实现不同的科学可视化效果，如天气模拟、物理仿真等。
实时动态更新：自定义 Primitive 支持在运行时更新几何数据，可以用来显示实时的地理数据或动态变化的对象，如飞行器轨迹等。

7. 总结

通过自定义 Primitive，开发者可以在 Cesium 中实现复杂的、性能优化的图形渲染。自定义 Primitive 的优势在于其高效的低级接口，能够让用户精细控制渲染流程，同时也能通过自定义着色器和几何体，创造出各种独特的可视化效果。无论是地图标记、动态更新，还是科学可视化，Primitive 都能提供灵活的解决方案。

希望本文对你理解和使用 Cesium 的自定义 Primitive 功能有所帮助！

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