Cesium是一款三维地球和地图可视化开源JavaScript库，使用WebGL来进行硬件加速图形，使用时不需要任何插件支持，基于Apache2.0许可的开源程序，可以免费用于商业和非商业用途
Cesium官网：Cesium: The Platform for 3D Geospatial
Cesium GitHub站点：CesiumGS/cesium: An open-source JavaScript library for world-class 3D globes and maps (github.com)
API文档：Index - Cesium Documentation
通过阅读源码，理清代码逻辑，有助于扩展与开发，笔者主要参考了以下两个系列的文章
渲染是前端可视化的核心，本文描述Cesium渲染模块的Shader
以下大致是一个最简的WebGL绘制代码：
<canvas id="canvas"></canvas>
<script>
const vertexSource = `
attribute vec3 aPos;
void main()
{
gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);
}
`
const fragmentSource = `
void main()
{
gl_FragColor = vec4(1.0, 0.5, 0.2, 1.0);
}
`
const canvas = document.getElementById('canvas');
canvas.width = canvas.clientWidth;
canvas.height = canvas.clientHeight;
const gl = canvas.getContext('webgl2');
if (!gl) {
alert('WebGL not supported');
}
const vertices = new Float32Array([
-0.5, -0.5, 0.0,
0.5, -0.5, 0.0,
0.0, 0.5, 0.0,
]);
const vbo = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vbo);
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, vertices, gl.STATIC_DRAW);
const vao = gl.createVertexArray();
gl.bindVertexArray(vao);
gl.vertexAttribPointer(0, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
gl.enableVertexAttribArray(0)
const vertexShader = gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER);
gl.shaderSource(vertexShader, vertexSource);
gl.compileShader(vertexShader);
const fragmentShader = gl.createShader(gl.FRAGMENT_SHADER);
gl.shaderSource(fragmentShader, fragmentSource);
gl.compileShader(fragmentShader);
const shaderProgram = gl.createProgram();
gl.attachShader(shaderProgram, vertexShader);
gl.attachShader(shaderProgram, fragmentShader);
gl.linkProgram(shaderProgram);
gl.clearColor(0.2, 0.3, 0.3, 1.0);
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);
gl.useProgram(shaderProgram);
gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);
</script>
其中，着色器(Shader)是运行在GPU上的小程序，这些小程序为图形渲染管线的某个特定部分而运行，从基本意义上来说，着色器只是一种把输入转化为输出的程序。着色器可以是一个顶点着色器（vertex shader）或片元着色器（fragment shader），每个ShaderProgram都需要这两种类型的着色器。上述代码中创建着色器和着色器程序的代码：
const vertexShader = gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER);
gl.shaderSource(vertexShader, vertexSource);
gl.compileShader(vertexShader);
const fragmentShader = gl.createShader(gl.FRAGMENT_SHADER);
gl.shaderSource(fragmentShader, fragmentSource);
gl.compileShader(fragmentShader);
const shaderProgram = gl.createProgram();
gl.attachShader(shaderProgram, vertexShader);
gl.attachShader(shaderProgram, fragmentShader);
gl.linkProgram(shaderProgram);
创建着色器的步骤大致为：
WebGLRenderingContext.createShader()初始化着色器WebGLRenderingContext.shaderSource() 挂接 GLSL 源代码WebGLRenderingContext.compileShader() 完成着色器（shader）的编译此时 WebGLShader 仍不是可用的形式，它需要被添加到一个 WebGLProgram里
创建着色器程序的步骤大致为：
WebGLRenderingContext.createProgram()初始化着色器程序WebGLRenderingContext.attachShader() 然后附着顶点着色器和片段着色器WebGLRenderingContext.linkProgram() 完成着色器（shader）的连接使用着色器程序（上述代码中）：
// Use the program
gl.useProgram(shaderProgram);
// Draw a single triangle
gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);
Cesium渲染模块中的Shader对象包含从创建GLSL到创建Shader Program整个流程
流程大致为：
在Cesium源码中创建ShaderProgram大多也是这个流程，例如PolylineCollection.js：
const fs = new ShaderSource({
defines: defines,
sources: ["in vec4 v_pickColor;\n", this.material.shaderSource, PolylineFS],
});
const vsSource = batchTable.getVertexShaderCallback()(PolylineVS);
const vs = new ShaderSource({
defines: defines,
sources: [PolylineCommon, vsSource],
});
this.shaderProgram = ShaderProgram.fromCache({
context: context,
vertexShaderSource: vs,
fragmentShaderSource: fs,
attributeLocations: attributeLocations,
});
ShaderProgram.fromCache只是简单的指向ShaderCache.getShaderProgram
ShaderProgram.fromCache = function (options) {
// ...
return options.context.shaderCache.getShaderProgram(options);
};
ShaderCache.getShaderProgram逻辑就是先查询缓存中是否有Shader，有就复用，无则创建：
ShaderCache.prototype.getShaderProgram = function (options) {
// ...
let cachedShader;
if (defined(this._shaders[keyword])) {
cachedShader = this._shaders[keyword];
} else {
const shaderProgram = new ShaderProgram();
cachedShader = {
cache: this,
shaderProgram: shaderProgram,
keyword: keyword,
derivedKeywords: [],
count: 0,
};
}
return cachedShader.shaderProgram;
};
注意，此时的ShaderProgram只是个空壳，它并没有真正的创建WebGLProgram对象，但是它具备了创建WebGLProgram对象所需要的条件
可以参考源码中PointCloud.js：
function createShaders(){
// ...
drawCommand.shaderProgram = ShaderProgram.fromCache({
context: context,
vertexShaderSource: vs,
fragmentShaderSource: fs,
attributeLocations: attributeLocations,
});
drawCommand.shaderProgram._bind();
}
所以shaderProgram._bind()才创建了WebGLProgram对象
ShaderProgram.prototype._bind = function () {
initialize(this);
this._gl.useProgram(this._program);
};
function initialize(shader) {
// ...
reinitialize(shader);
}
function reinitialize(shader) {
// ...
const program = createAndLinkProgram(gl, shader, shader._debugShaders);
}
通过多处调用，最后createAndLinkProgram(gl, shader)实现了创建：
function createAndLinkProgram(gl, shader) {
const vsSource = shader._vertexShaderText;
const fsSource = shader._fragmentShaderText;
const vertexShader = gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER);
gl.shaderSource(vertexShader, vsSource);
gl.compileShader(vertexShader);
const fragmentShader = gl.createShader(gl.FRAGMENT_SHADER);
gl.shaderSource(fragmentShader, fsSource);
gl.compileShader(fragmentShader);
const program = gl.createProgram();
gl.attachShader(program, vertexShader);
gl.attachShader(program, fragmentShader);
const attributeLocations = shader._attributeLocations;
if (defined(attributeLocations)) {
for (const attribute in attributeLocations) {
if (attributeLocations.hasOwnProperty(attribute)) {
gl.bindAttribLocation(
program,
attributeLocations[attribute],
attribute
);
}
}
}
gl.linkProgram(program);
gl.deleteShader(vertexShader);
gl.deleteShader(fragmentShader);
// ...
return program;
}
值得一说的是，真正的WebGLProgram对象是直到需要绘制时才创建，不需要绘制的就不会创建，这样有效节省了资源：
function beginDraw(context, framebuffer, passState, shaderProgram, renderState) {
// ...
bindFramebuffer(context, framebuffer);
applyRenderState(context, renderState, passState, false);
shaderProgram._bind();
}
[1]WebGLProgram - Web API 接口参考 | MDN (mozilla.org)
[2]WebGLShader - Web API 接口参考 | MDN (mozilla.org)
[3]Cesium原理篇：6 Render模块(3: Shader) - fu*k - 博客园 (cnblogs.com)
[4]Cesium渲染模块之概述 - 当时明月在曾照彩云归 - 博客园 (cnblogs.com)
[5]Cesium DrawCommand 1 不谈地球 画个三角形 - 岭南灯火 - 博客园 (cnblogs.com)