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Cesium进阶教程（1）在cesium后处理中使用shadertoy的代码

news 2026/3/27 0:46:01

本系列教程适合有前端基础以及一定三维GIS开发基础、想学习cesium高阶内容的同学，例如：WebGIS开发工程师、前端工程师、GIS专业学生和相关科研人员等。
视频版戳此处观看

01 什么是shader

在 Cesium 中，CustomShader是一个非常强大的接口，用来自定义图形渲染过程中的 GLSL 着色逻辑，让开发者可以对 3D Tiles、模型（Model）或 Primitive 等对象实现更灵活、复杂的视觉效果。
CustomShader让你可以在 Cesium 的标准渲染管线中插入自己的 GLSL 代码，从而控制模型的顶点变换和片元着色过程。也就是说，你可以让模型发光、流动、闪烁、根据高度变色、按时间变化、根据法线方向渐变等。

02 基本原理

在 Cesium 中，每个 3D 模型或 Tileset 都会使用一个默认的渲染着色器（Shader Program）。而CustomShader的作用就是允许你在保留 Cesium 默认功能的前提下，往其中注入自定义的 GLSL 代码。
它主要能影响两个阶段：

Vertex Shader 阶段（顶点处理）
Fragment Shader 阶段（像素着色）

在这些阶段里面可以获取到一些重要的数据：

|Corresponding AttributeinModel|variableinshader|Type|AvailableinVertex Shader?|AvailableinFragment Shader?|Description||--------------------------------|------------------|-------|---------------------------|-----------------------------|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------||`POSITION`|`positionMC`|`vec3`|Yes|Yes|Positioninmodel coordinates||`POSITION`|`positionWC`|`vec3`|No|Yes|Positioninworldcoordinates(WGS84ECEF`(x, y, z)`).Low precision.||`POSITION`|`positionEC`|`vec3`|No|Yes|Positionineye coordinates.||`NORMAL`|`normalMC`|`vec3`|Yes|No|Unit-length normal vectorinmodel coordinates.Only availableinthe vertex shader||`NORMAL`|`normalEC`|`vec3`|No|Yes|Unit-length normal vectorineye coordinates.Only availableinthe fragment shader||`TANGENT`|`tangentMC`|`vec3`|Yes|No|Unit-length tangent vectorinmodel coordinates.This is always a`vec3`.For models that provide a`w`component,that is removed after computing the bitangent vector.||`TANGENT`|`tangentEC`|`vec3`|No|Yes|Unit-length tangent vectorineye coordinates.This is always a`vec3`.For models that provide a`w`component,that is removed after computing the bitangent vector.||`NORMAL`&`TANGENT`|`bitangentMC`|`vec3`|Yes|No|Unit-length bitangent vectorinmodel coordinates.Only available when both normal and tangent vectors are available.||`NORMAL`&`TANGENT`|`bitangentEC`|`vec3`|No|Yes|Unit-length bitangent vectorineye coordinates.Only available when both normal and tangent vectors are available.||`TEXCOORD_N`|`texCoord_N`|`vec2`|Yes|Yes|`N`-thsetoftexture coordinates.||`COLOR_N`|`color_N`|`vec4`|Yes|Yes|`N`-thsetofvertex colors.This is always a`vec4`;ifthe model does not specify an alpha value,it is assumed to be1.||`JOINTS_N`|`joints_N`|`ivec4`|Yes|Yes|`N`-thsetofjoint indices||`WEIGHTS_N`|`weights_N`|`vec4`|

在cesium后处理中使用shadertoy的代码

我们也可以去shdertoy上找一些比较好的移植到cesium里面，比如我找了一个下雪的：https://www.shadertoy.com/view/ldsGDn

我们只需要把Shadertoy的代码做以下修改适配Cesium：

入口函数：
ShaderToy 用mainImage(out vec4 fragColor, in vec2 fragCoord)
Cesium 用void main(void)，最终写gl_FragColor。
内置变量替换：
iResolution.xy→czm_viewport.zw
fragCoord.xy→gl_FragCoord.xy
iTime→czm_frameNumber / 60.0（假设帧率 60fps）
iMouse→ 没有鼠标交互，通常直接去掉或改为常量
最终颜色混合：
在 Cesium 中需要和场景颜色混合，所以要读取colorTexture：
vec4 img = texture2D(colorTexture, v_textureCoordinates);gl_FragColor = img + vec4(acc, 1.0);

最终结果为：

constsnowShader=/*glsl*/`uniform sampler2D colorTexture; varying vec2 v_textureCoordinates; #define LIGHT_SNOW #ifdef LIGHT_SNOW #define LAYERS 50 #define DEPTH .5 #define WIDTH .3 #define SPEED .6 #else // BLIZZARD #define LAYERS 200 #define DEPTH .1 #define WIDTH .8 #define SPEED 1.5 #endif void main(void) { const mat3 p = mat3( 13.323122,23.5112,21.71123, 21.1212,28.7312,11.9312, 21.8112,14.7212,61.3934 ); vec2 resolution = czm_viewport.zw; vec2 fragCoord = gl_FragCoord.xy; // ShaderToy 的 iTime -> 用 frameNumber 模拟时间 float iTime = float(czm_frameNumber) / 60.0; // ShaderToy 的 uv 计算 vec2 uv = vec2(1.0, resolution.y / resolution.x) * fragCoord / resolution; vec3 acc = vec3(0.0); float dof = 5.0 * sin(iTime * 0.1); for (int i = 0; i < LAYERS; i++) { float fi = float(i); vec2 q = uv * (1.0 + fi * DEPTH); q += vec2( q.y * (WIDTH * mod(fi * 7.238917, 1.0) - WIDTH * 0.5), SPEED * iTime / (1.0 + fi * DEPTH * 0.03) ); vec3 n = vec3(floor(q), 31.189 + fi); vec3 m = floor(n) * 0.00001 + fract(n); vec3 mp = (31415.9 + m) / fract(p * m); vec3 r = fract(mp); vec2 s = abs(mod(q, 1.0) - 0.5 + 0.9 * r.xy - 0.45); s += 0.01 * abs(2.0 * fract(10.0 * q.yx) - 1.0); float d = 0.6 * max(s.x - s.y, s.x + s.y) + max(s.x, s.y) - 0.01; float edge = 0.005 + 0.05 * min(0.5 * abs(fi - 5.0 - dof), 1.0); acc += vec3(smoothstep(edge, -edge, d) * (r.x / (1.0 + 0.02 * fi * DEPTH))); } vec4 img = texture2D(colorTexture, v_textureCoordinates); gl_FragColor = img + vec4(acc, 1.0); }`;constsnowPost=newCesium.PostProcessStage({name:"snow",fragmentShader:snowShader,});viewer.scene.postProcessStages.add(snowPost);