书接上文,Scene.js
模块内的render
函数会将控制权交给 WebGL,执行 CesiumJS 自己封装的指令对象,画出每一帧来。
模块内的render
函数首先会更新一批状态信息,譬如帧状态、雾效、Uniform 值、通道状态、三维场景中的环境信息等,然后就开始更新并执行指令,调用的是Scene
原型链上的updateAndExecuteCommands
方法。
整个过程大致的调用链是这样的(function
关键字简写为fn
):
[Module Scene.js] - fn render() - Scene.prototype.updateAndExecuteCommands() - fn executeCommandsInViewport() - fn updateAndRenderPrimitives() [Module Primitive.js] - fn createCommands() - fn updateAndQueueCommands() - fn executeCommands() - fn executeCommand()
本篇讲解的是从Scene
原型链上的updateAndExcuteCommands()
方法开始,期间 Scene 中的 Primitives 是如何创建指令,又最终如何被 WebGL 执行的。
这个过程涉及非常多细节代码,但是为了快速聚焦整个过程,本篇先介绍两个 CesiumJS 封装的概念:指令和通道。
WebGL 是一种依赖于“全局状态”的绘图 API,面向对象特征比较弱,为了修改全局状态上的顶点数据、着色器程序、帧缓冲、纹理等“资源”,必须通过gl.XXX
函数调用触发全局状态的改变。
而图形编程基础提出的渲染管线、通道等概念偏向于面向对象,显然 WebGL 这种偏过程的风格需要被 JavaScript 运行时引擎封装。
CesiumJS 将 WebGL 的绘制过程,也就是行为,封装成了“指令”,不同的指令对象有不同的用途。指令对象保存的行为,具体就是指由 Primitive 对象(不一定全是 Primitive)生成的 WebGL 所需的数据资源(缓冲、纹理、唯一值等),以及着色器对象。数据资源和着色器对象仍然是 CesiumJS 封装的对象,而不是 WebGL 原生的对象,这是为了更好地与 CesiumJS 各种对象结合去绘图。
CesiumJS 有三类指令:
DrawCommand
绘图指令ClearCommand
清屏指令ComputeCommand
计算指令绘图指令最终会把控制权交给Context
对象,根据自身的着色器对象,绘制自己身上的数据资源。
清屏指令比较简单,目的就是调用 WebGL 的清屏函数,清空各类缓冲区并填充清空后的颜色值,依旧会把控制权传递给Context
对象。
计算指令则借助 WebGL 并行计算的特点,将指令对象上的数据在着色器中编码、计算、解码,最后写入到输出缓冲(通常是帧缓冲的纹理上),同样控制权会给到Context
对象。
一帧是由多个通道顺序绘制构成的,在 CesiumJS 中,通道英文单词是Pass
。
既然通道的绘制是有顺序的,其顺序保存在Renderer/Pass.js
模块导出的冻结对象中,目前(1.92版本)有 9 个优先顺序等级(最后NUMBER_OF_PASSES
是通道的数量):
const Pass = { ENVIRONMENT: 0, COMPUTE: 1, GLOBE: 2, TERRAIN_CLASSIFICATION: 3, CESIUM_3D_TILE: 4, CESIUM_3D_TILE_CLASSIFICATION: 5, CESIUM_3D_TILE_CLASSIFICATION_IGNORE_SHOW: 6, OPAQUE: 7, TRANSLUCENT: 8, OVERLAY: 9, NUMBER_OF_PASSES: 10, }
以上为例,第一优先被绘制的指令,是环境(ENVIRONMENT: 0
)方面的对象、物体。而不透明(OPAQUE: 7
)的三维对象的绘制指令,则要先于透明(TRANSLUCENT: 8
)物体被执行。
CesiumJS 会在每一帧即将开始绘制前,对所有已经收集好的指令根据通道进行排序,实现顺序绘制,下文会细谈。
原型链上的updateAndExecuteCommands
方法会做模式判断,我们一般使用的是三维模式(SceneMode.SCENE3D
),所以只需要看else if
分支即可,也就是
executeCommandsInViewport(true, this, passState, backgroundColor);
此处,this
就是Scene
自己。
executeCommandsInViewport()
是一个Scene.js
模块内的函数,这个函数比较短,对于当前我们关心的东西,只需要看它调用的updateAndRenderPrimitives()
和最后的executeCommands()
函数调用即可。
[Module Scene.js] - fn updateAndRenderPrimitives() [Module Primitive.js] - fn createCommands() - fn updateAndQueueCommands()
Scene.js
模块内的函数updateAndRenderPrimitives()
负责更新 Scene 上所有的 Primitive。
期间,控制权会通过PrimitiveCollection
转移到Primitive
类(或者有类似结构的类,譬如Cesium3DTileset
等)上,令其更新本身的数据资源,根据情况创建新的着色器,并随之创建绘图指令,最终在Primitive.js
模块内的updateAndQueueCommands()
函数排序、并推入帧状态对象的指令列表上。
[Module Scene.js] - fn executeCommands() - fn executeCommand() // 收到 Command 和 Context [Module Context.js] - Context.prototype.draw()
另一个模块内的函数executeCommands()
则负责执行这些指令(中间还有一些小插曲,下文再提)。
此时,上文的“通道”再次起作用,此函数内会根据 Pass 的优先顺序依次更新唯一值状态(UniformState),然后下发给executeCommand()
函数(注意少了个s
)以具体的某个指令对象以及Context
对象。
除了
executeCommand()
函数外,Scene.js
模块内仍还有其它类似的函数,例如executeIdCommand()
负责执行绘制 ID 信息纹理的指令,executeTranslucentCommandsBackToFront()
/executeTranslucentCommandsFrontToBack()
函数负责透明物体的指令等。甚至在 Scene 对象自己的属性中,就有清屏指令字段,会在executeCommands()
函数中直接执行,不经过上述几个执行具体指令的函数。
Context
对象是对WebGL(2)RenderingContext
等 WebGL 原生接口、参数的封装,所有指令对象最终都会由其进行拆包装、组装 WebGL 函数调用并执行绘图、计算、清屏(见上文介绍的预备知识:指令)。
先介绍一个概念,WebGL 中的深度。
简单的说,屏幕朝里,三维物体的前后顺序就是深度。CesiumJS 的深度非常大,即使不考虑远太空,只考虑地球表面附近的范围,WebGL 的数值范围也不太够用。聪明的前辈们想到了使用对数函数压缩深度的值域,因为一个非常大的数字只需取其对数,很快就能小下来。
Scene 对象上有一个可读可写访问器logarithmicDepthBuffer
,它指示是否启用对数深度。
现在,CesiumJS 通常使用的就是对数深度。
对数深度解决的不仅仅只是普通深度值值域不够的问题,还解决了不支持对数深度技术之前使用的多段视锥技术问题。
再次简单的说,多段视锥技术将视锥体由远及近切成多个段,保证了相机近段的指令足够多以保证效果,远段尽量少满足性能。
你在Scene.js
模块中的executeCommands()
函数的最后能找到一个循环体:
// Execute commands in each frustum in back to front order let j; for (let i = 0; i < numFrustums; ++i) { // ... }
打开调试工具,很容易击中这个断点,查看numFrustums
变量的值,有启用对数深度的 CesiumJS 程序,一般numFrustums
都是 1。
在本文第 1 节中,详细说明了指令对象的生成与被执行。
上述其实忽略了很多细节,现在捡起来说。
指令对象在 Primitive(或类似的类)生成后,由 模块内的updateAndQueueCommands()
函数排序并推入帧状态对象的指令列表上:
// updateAndQueueCommands 函数中,函数接收来自 Scene 逐级传入的帧状态对象 -- frameState const commandList = frameState.commandList; const passes = frameState.passes; if (passes.render || passes.pick) { // ... 省略部分代码 commandList.push(colorCommand); }
frameState.commandList
就是个普通的数组。
而在执行时,却是从View
对象上的frustumCommandsList
上取的指令:
// Scene.js 模块的 executeCommands 函数中 const frustumCommandsList = view.frustumCommandsList; const numFrustums = frustumCommandsList.length; let j; for (let i = 0; i < numFrustums; ++i) { const index = numFrustums - i - 1; const frustumCommands = frustumCommandsList[index]; // ... // 截取不透明物体的通道指令执行代码片段 us.updatePass(Pass.OPAQUE); commands = frustumCommands.commands[Pass.OPAQUE]; length = frustumCommands.indices[Pass.OPAQUE]; for (j = 0; j < length; ++j) { executeCommand(commands[j], scene, context, passState); } // ... }
其中,下发给executeCommand()
函数的commands[j]
参数,就是具体的某个指令对象。
所以这两个过程之间,是怎么做指令对象传递的?
答案就在View
原型链上的createPotentiallyVisibleSet
方法中。
View
对象是 Scene、Camera 之间的纽带,负责“眼睛”与“世界”之间信息的处理,即视图。
View
原型链上的createPotentiallyVisibleSet
方法的作用,就是把 Scene 上的计算指令、覆盖物指令,帧状态上的指令列表,根据 View 的可见范围做一次筛选,减少要执行指令个数提升性能。
具体来说,就是把分散在各处的指令,筛选后绑至 View 对象的frustumCommandsList
列表中,借助View.js
模块内的insertIntoBin()
函数完成:
// View.js 模块内 function insertIntoBin(view, scene, command, commandNear, commandFar) { // ... const frustumCommandsList = view.frustumCommandsList; const length = frustumCommandsList.length; for (let i = 0; i < length; ++i) { // ... frustumCommands.commands下载密码:发表评论并刷新可见![index] = command; // ... } // ... }
这个函数内做了对指令的筛选判断。
本篇调查清楚了Scene
对象上各种三维物体是如何绘制的,即借助指令 对象保存待绘制的信息,最后交由Context
对象完成 WebGL 代码的执行。
期间,发生了指令的分类和可见集的筛选;篇幅原因,CesiumJS 在这漫长的渲染过程中还做了很多细节的事情。
不过,Cesium 的三维物体的渲染架构就算讲完了。
接下来,则是另两个比较头痛的话题:
指令和通道的概念仍然会继续使用,敬请期待。