cesium 实现水下光影效果,要有光照进水下的效果,水底有光斑 作用到当前地球上 提供代码实现
时间: 2025-06-10 18:04:10 AIGC 浏览: 73
<think>嗯,用户想要用Cesium实现水下光影效果,包括光照进入水下的效果和水底的光斑,作用于当前地球。我得先想想Cesium里怎么处理这种效果。首先,可能需要用到后处理效果,比如后期处理滤镜或者自定义的GLSL着色器。水下的光影效果通常涉及到光线折射、焦散(caustics)等效果,光斑可能就是焦散的表现。
首先,我需要确定Cesium是否支持自定义的后处理效果。Cesium的PostProcessStage库确实允许添加自定义的着色器。所以可能的方法是创建一个自定义的后处理阶段,应用一些基于光线和水面交互的着色器代码。
然后,考虑如何模拟水下环境。可能需要检测相机是否在水下,如果是的话,应用不同的光照计算。这可以通过获取场景的高度与水面高度比较来实现。水面高度可能需要从某个服务获取,或者假设是海平面(如椭球面高度0)。
接下来,水底的光斑,也就是焦散效果,通常是通过投影动态纹理或生成噪声图来模拟。动态纹理可能使用时间变量来变化,产生波光粼粼的效果。或者,使用法线贴图扰动光线路径,模拟水面波动导致的光斑。
代码结构方面,可能需要创建一个PostProcessStage,在着色器中根据深度、相机位置、光源方向来计算光线折射和焦散。同时,需要处理颜色混合,比如水下颜色叠加、光线衰减等。
另外,水面波纹的动态效果需要时间参数,可以在着色器中使用czm_frameNumber或者自己传递时间。焦散纹理可能需要预先生成,或者用算法实时生成。
可能的挑战包括性能优化,因为复杂的着色器可能影响帧率。此外,正确计算光线在水下的折射路径需要物理模拟,或者使用近似方法简化。
现在,我需要检查是否有相关的Cesium示例或社区资源。比如,Cesium的官方示例中有后处理效果的例子,比如辉光、夜视等,可以参考它们的结构。焦散效果的实现可能需要查找是否有开源的GLSL代码示例。
另外,需要考虑水面和陆地之间的交互,比如当相机在水下时,如何调整整个场景的色调,模拟水下颜色的散射效果,比如偏蓝色或绿色,并添加距离相关的雾效。
总结步骤可能包括:
1. 创建后处理阶段,应用自定义着色器。
2. 在着色器中判断相机是否在水下。
3. 计算光线方向,模拟折射效果。
4. 生成动态焦散纹理或使用噪声函数。
5. 混合颜色,添加雾效和光照衰减。
然后,代码部分需要初始化后处理阶段,设置uniforms,比如时间、水深、光照方向等。着色器代码需要处理这些参数,并生成最终效果。
测试时需要注意不同环境下的表现,比如不同水深、不同光照角度下的效果是否合理。可能需要调整参数,如光斑密度、颜色强度、波纹速度等。
可能的优化方法包括使用较低分辨率的后处理,或者仅在相机处于水下时启用该效果。此外,利用Cesium的Material系统,可能结合primitive的材质属性,但这可能不如后处理灵活。
最后,确保代码的兼容性,比如Cesium版本是否支持PostProcessStageComposite,或者是否需要引入其他库。</think>以下是基于Cesium实现水下光影效果的解决方案,包含动态焦散光斑与水下光线折射的代码实现:
```html
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<script src="https://cesium.com/downloads/cesiumjs/releases/1.95/Build/Cesium/Cesium.js"></script>
<style>
#cesiumContainer { width: 100%; height: 100vh; margin: 0; padding: 0; }
</style>
</head>
<body>
<div id="cesiumContainer"></div>
<script>
Cesium.Ion.defaultAccessToken = 'YOUR_ION_TOKEN';
const viewer = new Cesium.Viewer('cesiumContainer', {
terrain: Cesium.Terrain.fromWorldTerrain()
});
// 添加水域平面(示例使用矩形)
const waterSurface = viewer.entities.add({
rectangle: {
coordinates: Cesium.Rectangle.fromDegrees(-180, -80, 180, 80),
material: new Cesium.WaterMaterial({
normalMap: 'textures/waterNormals.jpg',
frequency: 1000.0,
animationSpeed: 0.1,
amplitude: 5.0
})
}
});
// 自定义后处理阶段
const underwaterEffect = new Cesium.PostProcessStage({
name: 'underwaterEffect',
fragmentShader: `
uniform sampler2D colorTexture;
uniform sampler2D depthTexture;
uniform float time;
uniform vec3 lightDirection;
varying vec2 v_textureCoordinates;
void main(void) {
// 获取当前像素颜色和深度
vec4 color = texture2D(colorTexture, v_textureCoordinates);
float depth = czm_readDepth(depthTexture, v_textureCoordinates);
// 计算水面高度(示例使用椭球面高度0)
vec4 worldPosition = czm_windowToWorldCoordinates(gl_FragCoord);
float waterHeight = 0.0;
float cameraHeight = czm_viewerPositionWC.z;
// 判断是否在水下
if(cameraHeight < waterHeight) {
// 计算光线折射
vec3 refractDir = refract(-lightDirection, vec3(0.0, 0.0, 1.0), 0.98);
// 生成焦散光斑
float caustic = 0.0;
vec2 uv = worldPosition.xy * 0.5 + refractDir.xy * depth * 2.0;
for(int i=0; i<3; i++){
uv.x += 0.1*sin(uv.y*5.0 + time*0.5 + float(i)*1.5);
uv.y += 0.1*cos(uv.x*5.0 + time*0.5 + float(i)*1.5);
}
caustic = pow(sin(uv.x*20.0 + time)*sin(uv.y*20.0 + time)*0.5 + 0.5, 4.0);
// 颜色混合
color.rgb = mix(color.rgb, vec3(0.1, 0.3, 0.8), 0.3); // 添加水色
color.rgb += caustic * vec3(1.0, 0.9, 0.7) * 0.5; // 添加焦散
// 添加水下雾效
float fog = clamp(depth * 0.1, 0.0, 1.0);
color.rgb = mix(color.rgb, vec3(0.1, 0.2, 0.4), fog);
}
gl_FragColor = color;
}
`,
uniforms: {
time: () => performance.now() / 1000,
lightDirection: () => {
const light = viewer.scene.light;
return Cesium.Cartesian3.normalize(light.direction, new Cesium.Cartesian3());
}
}
});
viewer.postProcessStages.add(underwaterEffect);
// 初始定位到海洋区域
viewer.camera.setView({
destination: Cesium.Cartesian3.fromDegrees(120.0, 30.0, 500000.0)
});
</script>
</body>
</html>
```
### 核心实现原理:
1. **水面检测**:通过相机高度与水面的相对位置判断是否处于水下环境
2. **光线折射**:使用GLSL的`refract`函数模拟光线折射效果
3. **焦散生成**:通过噪声函数和动态波纹算法生成光斑图案
4. **颜色混合**:
- 添加蓝色调模拟水下环境
- 混合焦散光斑的金色高光
- 深度雾效增强空间感
### 效果增强建议:
1. 替换更精细的水面法线贴图
2. 添加动态波纹效果:
```javascript
// 在uniforms中添加
animationSpeed: 0.2,
amplitude: 10.0,
specularIntensity: 0.8
```
3. 使用深度检测实现精确的水面交互:
```glsl
float getWaterDepth(vec2 uv) {
vec4 depthWorld = czm_windowToWorldCoordinates(vec4(uv * czm_viewport.zw, depth, 1.0));
return waterHeight - depthWorld.z;
}
```
### 参数调节指南:
- **光斑密度**:修改焦散生成部分的`uv*20.0`系数
- **水色浓度**:调整`mix(color.rgb, vec3(...)`的第三个参数
- **光线强度**:修改`caustic * vec3(...)`的乘数系数
- **雾效强度**:调节`depth * 0.1`中的系数
该实现需要配合Cesium的[WaterMaterial](https://cesium.com/learn/cesiumjs/ref-doc/WaterMaterial.html)使用,建议使用1.85+版本以获得最佳效果。实际部署时需注意浏览器WebGL 2.0的支持情况。
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