Cesium 高性能扩展之DrawCommand（三）：显隐和点选

DrawCommand
是 Cesium 渲染器的核心类，常用的接口
Entity
、
Primitive
、
Cesium3DTileSet
，以及地形和影像的渲染等等，底层都是一个个
DrawCommand
完成的。在进行扩展开发、视觉特效提升、性能优化、渲染到纹理（RTT），甚至基于 Cesium 封装自己的开发框架，定义独家数据格式等等，都需要开发人员对
DrawCommand
熟练掌握。而这部分接口，Cesium 官方文档没有公开，网上的相关资料也比较少，学习起来比较困难，所以接下来我们用几期文章，由浅入深，实用为主，力求全面地介绍
DrawCommand
及相关类的运用。

第一次被关注我们的小伙伴催更，还是挺开心的😂，公司事务略忙，只有深夜码字来赶稿了～那么本篇我们就按照计划往下写，介绍
自定义Primitive
的显隐控制，以及如何支持
scene.pick
，实现要素拾取查询。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-v4zA2IeF-1642559060254)(./drawCommand3.png)]

1、显隐控制

从前面两篇的代码看，显隐控制是非常简单的，我们只需要在
update
方法的开头加入显隐判断，如果隐藏则直接退出，否则继续。

//...
update(frameState) {
    if (!this.show) return;
    //...
}
//...

考虑一下，如果我们将多个要素的几何体合并成一个几何体，以达到减少绘图批次（
DrawCommand
的数量）提升性能的目的，这种情况下，上述方法将会同时显示或者隐藏这些要素，那么该如何控制其中任一要素的显隐呢？

参考
Cesium
的其他
Primitive
类，会发现他们为每一个顶点创建了一个
batchId
或者
a_batchId
属性，这个属性非常重要，除了可以用于控制显隐外，在
3D Tiles
样式引擎、要素拾取查询（
pick
）等都起到关键作用。

这里简单介绍基于
batchId
的显隐控制实现思路：

为每一个要素创建
batchId
，从0开始编号；
为要素几何体创建
batchId
顶点属性，并将
batchId
值逐个写入顶点属性数组；
合并所有要素几何体；
创建一个二维数组类型的纹理贴图，宽度等于要素数量，高度为1，用
0
和
1
表示要素隐藏或者显示，写入纹理数据；
在
shader
中根据
batchId
并计算uv，从显隐纹理获取要素的显隐标记，如果小于
1
则
discard
；
当某个要素显隐发生变化时，更新显隐纹理。

目前我们先不要想那么复杂，等掌握了更多技能，需要设计这么复杂的
自定义Primitve
的时候，自然能理解并参考
Cesium
的代码来实现这一显隐控制方法。

2、支持pick实现点选

要素拾取查询（
Pick
），是3D交互的重要基础，想象一下一个3D应用，所有图形要素怎么点击都没有反应，那它跟一个视频播放器就没有什么两样了～

Cesium
提供了统一的要素拾取查询机制，拾取API封装在
Cesium.Scene
中，前面我们介绍
3D描边
等后期处理时就曾使用过，非常简单。

 viewer.screenSpaceEventHandler.setInputAction(e => {
    var picked = viewer.scene.pick(e.position)
    if(picked){
        //...
    }
 })

那么如果让我们的
自定义Primitive
能够被
scene.pick
点击拾取到呢？

2.1、context创建pickId

/**
 * @param {Cesium.Context} context 
 */
createCommand(context) {
    /**
     * @type {Cesium.PickId}
     */
    var pickId = this.pickId;
    if (!pickId) {
        pickId = context.createPickId({
            primitive: this,
            description: '要素描述内容',
            //[key:string]:any
        });
        this.pickId = pickId
    }

    //
    var strPickId = 'czm_pickColor';
    var czm_pickColor = pickId.color;
    

    //...
}

2.2、shader声明pickId变量

这里可以
pickId
变量类型有两种：
uniform
和
varying
。

uinform
：如果
DrawCommand
绘制的是单一要素，所绘制的内容就是一个整体，则使用
uniform
，所有顶点的pickId颜色是一样的，通过
uniformMap
来传递；
varying
：如果绘制的是多个要素，绘制内容可能分为多个部件，只是合并为一个批次来渲染，可能每个部件需要能够被单独点击拾取，则使用
varying
，需要将每一个部件要素的
pickId
颜色写入对应的几何顶点属性，顶点着色器接收颜色值，并通过
varying
传递到偏远着色器。

2.2.1、uniform类pickId

var fs = `
uniform vec3 color; 
//
uniform vec4 ${strPickId}; 
void main(){
    gl_FragColor=vec4( color , 1. );
}
`;
var shaderProgram = Cesium.ShaderProgram.fromCache({
    context: context,
    vertexShaderSource: vs,
    fragmentShaderSource: fs,
    attributeLocations: attributeLocations
})

2.2.2、 varying类pickId

var vs = `
attribute vec3 position;
//声明pickColor属性，接收顶点pickId颜色
attribute vec4 pickColor;
//
varying vec4 ${strPickId}; 
void main(){
    ${strPickId}=pickColor; 
    gl_Position = czm_projection  * czm_modelView * vec4( position , 1. );
}
`;
var fs = `
uniform vec3 color; 
//
varying vec4 ${strPickId}; 
void main(){
    gl_FragColor=vec4( color , 1. );
}
`;
var shaderProgram = Cesium.ShaderProgram.fromCache({
    context: context,
    vertexShaderSource: vs,
    fragmentShaderSource: fs,
    attributeLocations: attributeLocations
})

2.2.3、Cesium对DrawCommand的后续加工

大家可能很好奇，为什么
pickId
变量，只是声明，却没有见到具体的使用，怎么能实现点击拾取呢？

这个问题，大家不妨在绘制出结果后（延迟一段时间）打印出
DrawCommand
对象看看：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-IIvbu2v9-1642559060255)(./derivedCommands.png)]

我们接着展开看看
pickCommand._shaderProgram._vertexShaderText
：

#ifdef GL_FRAGMENT_PRECISION_HIGH
    precision highp float;
#else
    precision mediump float;
    #define highp mediump
#endif

#define OES_texture_float_linear
#define OES_texture_float

#line 0
#line 0

uniform vec3 color; 
uniform vec4 czm_pickColor; 
void czm_non_pick_main(){
    gl_FragColor=vec4( color , 1. );
}
        
#line 0
void main() 
{ 
    czm_non_pick_main(); 
    if (gl_FragColor.a == 0.0) { 
        discard; 
    } 
    gl_FragColor = czm_pickColor; 
}

Cesium
为
pick
操作创建了一个新的
DrawCommand
副本
pickCommand
，并且基于我们的
shader
进行加工处理，在新的
main函数
使用了我们声明的
pickId
变量。

同时大家可以看到，不止多了一个
pickCommand
，还增加了好几个其他
DrawCommand
副本，说明我们创建好的
DrawCommand
并没有直接进入渲染阶段，而是要经过
Cesium
渲染器进行加工处理，才最终交付执行渲染。

想一下，如果我们开启了阴影那么会不会又增加一个副本呢？这个问题我们留到下一篇来探讨。

2.3、传递pickId颜色

与
2.2
节相对应，如果
pickId
变量为
uniform
类，则通过
unformMap
传递其颜色，如果为
varying
则需要修改几何体，增加
pickId
颜色相关的顶点属性。

2.3.1、uniformMap传递

 var uniformMap = {
    color() {
        return Cesium.Color.GRAY
    },
    //如果pickId为uniform类，则这里必须传递pickId颜色；为varying则可以去掉，不去掉也不影响使用
    [strPickId]() {
        return czm_pickColor;
    }
}

2.3.2、顶点属性传递

这种情况下，
2.1
创建的
pickId
就不够用了，我们需要为每一个要素的几何体创建一个
pickId
。我们定一个方法，来处理每一个要素的几何体。

/**
 * @param {object} feature 
 * @param {Cesium.Geometry} geometry
 * @param {Cesium.Context} context 
 */
setPickId(feature, geometry, context) {
    //创建pickId
    var pickId = context.createPickId({
        feature: feature,
        primitive: this
    })
    //保存pickId，用于后期处理、释放等
    this.pickIds.push(pickId);

    //增加几何顶点属性pickColor，这里属性名称和顶点着色器里面的对应attribute变量名称一致

    var ptCount = geometry.attributes.position.values.length / 3
    var pickColors = [], { red, green, blue, alpha } = pickId.color;
    for (let i = 0; i < ptCount; i++) {
        pickColors.push(red, green, blue, alpha)
    }
    pickColors = new Float32Array(pickColors);

    geometry.attributes.pickColor = new GeometryAttribute({
        componentDatatype: ComponentDatatype.FLOAT,
        componentsPerAttribute: 4,
        normalize: false,
        values: pickColors
    })
}

2.4、drawCommand指定pickId变量名

this.drawCommand = new Cesium.DrawCommand({
    modelMatrix: modelMatrix,
    vertexArray: va,
    shaderProgram: shaderProgram,
    uniformMap: uniformMap,
    renderState: renderState,
    pass: Cesium.Pass.OPAQUE,
    //
    pickId: strPickId
})

2.5、释放pickId

需要注意，当我们不需要
pickId
或者
drawCommand
释放或者整个
Primitive
释放时，一定要
释放pickId
，否则将会出现内存泄漏，因为我们会将primitive对象绑定到pickId，这个pickId不释放的话，会一直保存在
context
的缓存里，直到整个程序消亡。

下面是完整的drawCommandd释放方法，包含了pickId的释放。

destroy(){
    var drawCommand = this.drawCommand;
    if (drawCommand) {
        var va = drawCommand.vertexArray, sp = drawCommand.shaderProgram;
        if (!va.isDestroyed()) va.destroy();
        if (!sp.isDestroyed || !sp.isDestroyed()) {
            sp.destroy();
        }
        drawCommand.isDestroyed = function returnTrue() {
            return true
        };
        drawCommand.uniformMap = undefined;
        drawCommand.renderState = Cesium.RenderState.removeFromCache(drawCommand.renderState)
        this.drawCommand=null
    }
    //单个要素的pickId
    if(this.pickId){
        this.pickId.destroy()
        this.pickId=null
    }
    //多个要素的pickId
    if(this.pickIds){
        this.pickIds.forEach(pickId=>{
            pickId.destroy()
        })
        this.pickIds.length=0;
    }
}

3、点选示例及效果视频

var origin = Cesium.Cartesian3.fromDegrees(106, 26, 250000)
var modelMatrix = Cesium.Transforms.eastNorthUpToFixedFrame(origin)
var primitive = new MyPrimitive(modelMatrix);
viewer.scene.primitives.add(primitive)

//拾取结果高亮
var edgedStage = createEdgeStage()
edgedStage.uniforms.useSingleColor = true;
edgedStage.visibleEdgeColor = Cesium.Color.DARKORANGE
viewer.postProcessStages.add(edgedStage)

//测试pick
viewer.screenSpaceEventHandler.setInputAction(e => {
    var picked = viewer.scene.pick(e.position)

    viewer.selectedEntity = undefined
    edgedStage.selected = [];

    if (picked && picked.primitive && picked.primitive instanceof MyPrimitive) {
        viewer.selectedEntity = new Cesium.Entity({
            name: "拾取结果",
            description: picked.description
        })
        edgedStage.selected = [picked.primitive]
    }

}, Cesium.ScreenSpaceEventType.LEFT_CLICK)

有没有发现，当我们加入
pickId
之后，不但点击拾取查询功能实现了，包括后期处理高亮也自然支持了，这是因为Cesium后期处理的要素选择也是基于
pickId
实现的。

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下一篇我们将介绍阴影（shadows）和实例化（instancing），敬请期待！

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