CesiumJS 2022^ 原理[1] 使用 requestAnimationFrame 循环触发帧动画

目录

• 0. 前置约定
  • 本系列说明
• 1. 开始
  • 1.1. CesiumWidget 类是控制场景对象触发渲染的调度器
  • 1.2. Scene 对象
• 2. 三维地球哪来的？
• 3. 本篇总结

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0. 前置约定

• 对类的使用，不添加 Cesium 命名空间前缀，例如对于 Viewer，不会写 Cesium.Viewer，默认使用 ESM 格式解构导入类；
• JavaScript 代码使用最简格式（源码除外），不加分号，不用双引号，少注释，双空格缩进

本系列说明

佛系连载，想到什么写什么。

2022 年，写原理类的文显得非常“蠢”，大家都想吃快餐，看效果。法克鸡丝老哥的系列博客思路跳跃很快，单步说明之间的信息量很大，需要消化很长时间才能啃完一篇文章，遂决定另开一个风格，提纲挈领地把主要关键逻辑大白话说说 —— 可不是真的“大白话”，还是要有一些功底的。

我写这个，只是为了从 CesiumJS 的渲染架构中汲取一些营养，希望对自己的程序设计能力有提高，希望能从其它绘图 API 的角度看看能不能优化和实现。

1. 开始

很多人写 CesiumJS 程序是从 Viewer 开始的

new Viewer('container') // div id

你若只需要一个最干净的场景（此场景非 Scene 类），不需要时间条、时间控制器、右上角一堆的按钮，只需要

new CesiumWidget('container') // div id

CesiumJS 内置了大量的默认值，以至于简单到你可以只传递 DOM 的 id 或本身即可创建场景。

1.1. CesiumWidget 类是控制场景对象触发渲染的调度器

Scene 类是一个三维空间对象的容器，它在原型链上有一个 render 方法，寥寥百行，控制了三维场景中若干物体的更新、渲染。

Scene.prototype.render 方法调用一次，只更新并渲染一帧。

众所周知，WebGL 一般会和 requestAnimationFrame, rAF 这个 API 循环调用渲染函数。而让 canvas 中场景能连续多帧循环往复运行的调度者，是 CesiumWidget 类。

CesiumWidget 类有一个使用 Object.defineProperties() 方法定义的 setter：

useDefaultRenderLoop: {
  get: function () {
    return this._useDefaultRenderLoop;
  },
  set: function (value) {
    if (this._useDefaultRenderLoop !== value) {
      this._useDefaultRenderLoop = value;
      if (value && !this._renderLoopRunning) {
        startRenderLoop(this);
      }
    }
  },
}

在实例化 CesiumWidget 时，它会使用传入的值，若没有，则是 true：

this._useDefaultRenderLoop = undefined;
this.useDefaultRenderLoop = defaultValue(
  options.useDefaultRenderLoop,
  true
);

一旦赋值，就开始了 CesiumJS 的渲染循环，是一个在 模块内 的函数 startRenderLoop 负责控制的。

function startRenderLoop(widget) {
  // ... 节约篇幅，此处非源码，省略大量代码层级，有兴趣自己看源码
  function render(frameTime) {
    // ...
    widget.render()
    requestAnimationFrame(render)
    // ...
  }

  requestAnimationFrame(render)
}

传入的 widget 是 CesiumWidget 实例，通过 requestAnimationFrame 的调用，则不断地在调用这个函数内的局部函数 render。

render 函数内调用 widget 的 render 方法，再往下就是调用 widget 所拥有的 scene 的 render 方法了。

1.2. Scene 对象

接上文说。

于全局，CesiumWidget 负责控制 DOM 的变化情况，例如窗口尺寸变化导致 DIV 的变化等，并负责起 渲染循环 的调度。

于单帧，Scene 类则需要使用自己原型链上的 render 方法完成自我状态、数据对象的更新，以及 Scene.js 模块内的 render 函数触发 WebGL 绘制。

Scene 类是一个场景对象容器，其 render 方法负责：

• 生命周期事件（preUpdate、preRender、postUpdate、postRender）回调触发；
• 更新帧状态和帧号
• 更新 Scene 中的 Primitive
• 移交渲染权给模块内的 render 函数触发 WebGL 绘制

2. 三维地球哪来的？

CesiumJS 的三维地球，实际上分两大部分：

• 地球椭球体与表面的 GIS 影像服务
• 场景中的三维物体

我说过了，CesiumJS 内置了大量的默认值，包括地球椭球体以及影像服务（默认用的必应瓦片服务，要 token）。但是，实际上可以不需要地球椭球体和底图的：

  if (defined(scene.globe)) {
    scene.globe.beginFrame(frameState);
  }

上述代码片段是 Scene.js 模块内的 render 函数的一小段，也就是说，若没有定义 globe，那就不绘制椭球上的帧。

3. 本篇总结

综上 1、2 节，我认为 CesiumJS 的渲染循环，到本文 1.2 小节末尾提及的 Scene.js 模块内 render 函数的调用，触发 WebGL 绘制，就算一帧的逻辑结束，没有必要再向下探究 Primitive、DataSource、Globe 等数据实体的更新和渲染，也没有必要深究 WebGL 在 CesiumJS 中如何调度 —— 那都不是渲染循环的主要内容。

Scene 原型链上的 render 函数并没有更新椭球体，没有请求地形四叉树瓦片，而是等待更重要的 Primitive 等三维物体的更新后，才判断 globe 是否存在，从而决定要不要画地球（的皮肤），最终才更新并执行 Command，也就是 scene.updateAndExecuteCommands(passState, backgroundColor); 一句代码。