本發(fā)明屬于三維圖形渲染領(lǐng)域，特別涉及一種基于cesium的后處理點光源渲染方法。

背景技術(shù)：

1、在計算機圖形學和三維場景渲染中，光源是提升場景真實感和逼真度的重要因素。cesium作為一個輕量級的開源javascript庫，廣泛應用于虛擬場景的開發(fā)，如飛行模擬、3dgis等。然而，cesium的渲染引擎并不直接支持點光源的后處理效果，這限制了其在復雜光照場景中的應用。

2、隨著計算機圖形學和三維可視化技術(shù)的不斷發(fā)展，點光源渲染作為一種重要的視覺效果實現(xiàn)方法，廣泛應用于游戲、電影、虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實等領(lǐng)域。cesium作為一種開源的三維地球平臺，提供了強大的空間數(shù)據(jù)可視化能力，然而，目前在基于cesium的點光源渲染技術(shù)中仍然存在一些顯著的缺點，這些缺點在一定程度上限制了其在實際應用中的效果和性能。首先，現(xiàn)有的點光源渲染方法在處理光源動態(tài)變化時，往往表現(xiàn)出較大的性能瓶頸。傳統(tǒng)的渲染技術(shù)對光源的實時更新和動態(tài)效果的支持不足，尤其是在需要渲染大量光源的場景中，性能下降尤為明顯。這種性能瓶頸不僅影響了渲染的流暢度，還導致用戶交互體驗的下降。

3、現(xiàn)有的點光源渲染技術(shù)在光照計算和效果表現(xiàn)上存在不足。許多傳統(tǒng)方法采用簡單的光照模型，無法準確模擬真實世界中的光照效果，如陰影、反射和折射等復雜光照現(xiàn)象。這種簡化處理雖然在一定程度上提高了渲染速度，但卻犧牲了渲染效果的真實性，導致最終視覺效果不夠理想。此外，當前技術(shù)在光源數(shù)量和分布的處理上也存在局限性。由于性能和計算限制，很多系統(tǒng)只能處理有限數(shù)量的光源，無法在大型場景中實現(xiàn)真實的光照效果。這種限制使得點光源渲染在復雜場景中的應用受到制約，無法滿足高質(zhì)量可視化的需求。

4、現(xiàn)有的渲染算法在實時性和精確性之間往往存在權(quán)衡，導致系統(tǒng)難以在不同的應用場景中找到最佳的平衡。對于需要高實時性的應用，如虛擬現(xiàn)實和互動游戲，過于復雜的光照計算將導致場景的卡頓，而對于追求精細渲染效果的應用，則因計算資源消耗過高而無法實現(xiàn)流暢的體驗?，F(xiàn)有的點光源渲染技術(shù)在用戶自定義和擴展性方面也存在不足。許多系統(tǒng)無法靈活地支持用戶對光源參數(shù)進行自定義設置，限制了用戶的創(chuàng)造力和應用場景的多樣性。這對于需要特定光照效果的專業(yè)應用場景而言，顯得尤為不便。因此，開發(fā)一種基于cesium的后處理點光源渲染方法，旨在通過引入更高效的光照計算模型和優(yōu)化渲染算法，解決當前技術(shù)中的性能瓶頸、效果真實性不足、光源處理能力有限以及自定義擴展性不足等問題，從而提供更高質(zhì)量的視覺效果和更流暢的用戶體驗。這將為三維可視化應用的廣泛普及和深入發(fā)展提供重要支持。因此，現(xiàn)在亟需一種基于cesium的后處理點光源渲染方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出一種基于cesium的后處理點光源渲染方法，目前的cesium的渲染引擎并不直接支持點光源的后處理效果，因此需要借助其他方法來實現(xiàn)。點光源需要考慮光照的范圍和強度，而cesium的默認渲染方式并不提供對這些參數(shù)的直接控制。旨在通過glsl編寫片元著色器，實現(xiàn)高效的點光源效果，同時提供靈活的參數(shù)調(diào)節(jié)接口以適應不同場景需求。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：一種基于cesium的后處理點光源渲染方法，所述方法包括如下步驟：

3、s1：首先定義著色器，通過片元著色器計算光照和陰影，使用glsl編寫片元著色器，分別處理帶陰影和不帶陰影的多光源；通過代碼定義著色器的輸入和常量，對顏色紋理和深度紋理進行對應處理，并通過變量傳遞頂點著色器到片段著色器的數(shù)據(jù)；

4、s2：根據(jù)片元著色器的處理狀態(tài)配置光源參數(shù)，并將光源參數(shù)通過uniform傳遞給著色器；在配置光源參數(shù)時定義場景中光源的關(guān)聯(lián)屬性，所述關(guān)聯(lián)屬性包括光源的位置、強度、顏色、陰影矩陣和陰影貼圖的占位符；

5、s3：根據(jù)光源類型計算光照效果，使用深度圖計算陰影效果，確定片元著色器是否在陰影中；并通過核心代碼使用圖形渲染的片段著色器，計算每個像素的顏色值，所述核心代碼使用glsl進行編寫；

6、s4：創(chuàng)建自定義著色器，將光源參數(shù)傳遞給cesium渲染管線，應用自定義著色器到cesium場景，實現(xiàn)多光源照明效果，通過在cesium中進行多光源照明和陰影效果，提升場景的真實感和視覺效果并利用glsl的性能保證渲染的高效和實時性。

7、這種基于cesium的后處理點光源渲染方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢和創(chuàng)新之處。首先，現(xiàn)有的點光源渲染技術(shù)往往依賴于傳統(tǒng)的固定光照模型，缺乏對多光源環(huán)境的靈活處理能力。許多系統(tǒng)在光照效果的計算上只能支持簡單的光源配置，無法有效應對復雜場景下的多光源照明需求。而本方法通過定義片元著色器，使用glsl編寫的靈活代碼，能夠處理帶陰影和不帶陰影的多光源情況，極大地增強了光源的配置靈活性和適應性。這種靈活性使得開發(fā)者能夠更容易地在各種應用場景中實現(xiàn)復雜的光照效果，滿足不同用戶需求。

8、當前技術(shù)在陰影處理上通常采取較為簡單的算法，往往無法準確模擬真實世界中的陰影特性，導致渲染效果的真實性不足。許多現(xiàn)有渲染方法在陰影計算上依賴于預先生成的陰影貼圖，缺乏動態(tài)適應能力，導致陰影效果在動態(tài)場景中顯得不夠自然。而本方法通過使用深度圖計算陰影效果，能夠?qū)崟r判斷片元是否在陰影中，通過動態(tài)計算實現(xiàn)更為真實的陰影表現(xiàn)。這種實時判斷的能力，使得光照效果更具真實性，同時也提升了用戶的沉浸感。

9、現(xiàn)有的方法在光源參數(shù)的配置方面往往較為復雜，缺乏統(tǒng)一的管理機制，導致開發(fā)者在調(diào)整光源時需要進行繁瑣的手動設置。相比之下，本方法通過將光源參數(shù)通過uniform傳遞給著色器，可以方便地在片元著色器中配置光源的屬性，包括位置、強度、顏色等。這樣的設計簡化了光源管理流程，使得開發(fā)過程更加高效，同時也降低了出錯的性。

10、本方法在創(chuàng)建自定義著色器方面的設計也體現(xiàn)了其與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別。許多傳統(tǒng)的渲染系統(tǒng)在擴展性方面存在局限，難以滿足特定需求。而通過創(chuàng)建自定義著色器并將光源參數(shù)傳遞給cesium渲染管線，開發(fā)者可以靈活地調(diào)整和擴展渲染效果，充分利用glsl的性能優(yōu)勢，保證高效和實時的渲染性能。這種靈活性不僅提升了開發(fā)的便捷性，也為后續(xù)的功能擴展提供了良好的基礎。

11、整體渲染效果的提升也是本方法的一大優(yōu)勢。現(xiàn)有技術(shù)在處理多光源和陰影效果時，常常面臨性能瓶頸，導致實時渲染效果不佳。而本方法通過在cesium中實現(xiàn)多光源照明和陰影效果，利用glsl的高性能計算能力，確保了渲染的高效性和流暢性。這使得用戶在瀏覽三維場景時，能夠獲得更加真實的視覺體驗，增強了場景的沉浸感和互動性。

12、作為一優(yōu)選的實施方式，所述片段著色器數(shù)據(jù)包括紋理坐標、法線和位置，通過著色器數(shù)據(jù)定義光源的常量和數(shù)組，通過光源的陰影矩陣將片段的位置轉(zhuǎn)換到陰影坐標系中，并進行透視除法，從陰影貼圖中獲取對應的深度值，與當前片段的深度進行比較。

13、作為一優(yōu)選的實施方式，在在配置光源參數(shù)時首先定義了光源位置數(shù)組，數(shù)組包含四個光源的位置，每個位置用對象表示，并設置四維向量，在四維向量中包含x、y、z坐標和齊次坐標w。

14、作為一優(yōu)選的實施方式，所述陰影矩陣將光源坐標轉(zhuǎn)換為陰影貼圖空間，在陰影貼圖空間中計算場景中物體的陰影，陰影貼圖用于存儲場景中物體相對于光源的深度信息。

15、作為一優(yōu)選的實施方式，所述核心代碼使用glsl進行編寫時，通過函數(shù)計算特定光源的陰影效果，利用函數(shù)中的元素將當前片段的位置轉(zhuǎn)換為陰影坐標系中的坐標，將陰影坐標轉(zhuǎn)換為標準化設備坐標；在主著色函數(shù)中通過顏色紋理獲取當前片段的基礎顏色，接著將其顏色分量進行提取，并對法線向量進行歸一化處理，通過循環(huán)遍歷所有光源，計算每個光源對當前片段的貢獻。

16、作為一優(yōu)選的實施方式，在應用自定義著色器到cesium場景時，首先建立新的cesiumviewer實例，并將其附加到html元素上，獲取了當前viewer的場景對象，通過訪問場景對象，對渲染的細節(jié)進行控制。

17、采用了上述技術(shù)方案后，本發(fā)明的有益效果是：通過自定義glsl著色器，實現(xiàn)了多光源照明和陰影效果，使cesium場景更逼真。使用深度圖計算陰影效果，提高了陰影的精確度和真實感。通過使用片元著色器和glsl編寫的靈活代碼，該方法能夠有效處理帶陰影和不帶陰影的多光源情況，極大地增強了光源的配置靈活性，滿足了復雜場景下的多光源照明需求。其次，實時計算陰影效果的能力提升了渲染的真實性，使得場景中的光照效果更加自然，增強了用戶的沉浸感。此外，光源參數(shù)通過uniform傳遞給著色器的設計簡化了光源管理流程，提高了開發(fā)效率，降低了出錯的性。創(chuàng)建自定義著色器并將光源參數(shù)傳遞給cesium渲染管線，使得開發(fā)者能夠靈活調(diào)整和擴展渲染效果，提升了系統(tǒng)的擴展性和適應性。同時，利用glsl的高性能計算能力，確保了渲染的高效性和流暢性，使得用戶在瀏覽三維場景時能夠獲得更加真實的視覺體驗。最后，該方法通過提升整體渲染效果，增強了場景的真實感和視覺效果，為三維可視化和圖形渲染提供了更加高效和靈活的解決方案，推動了相關(guān)應用的進一步發(fā)展和創(chuàng)新。