GIS融合之路（六）Cesium的雨雪风雷电效果
2025年07月30日 14:57

终于来到系列第六篇了，也来到大家最喜闻乐见的天气效果。

系列传送门：

山海鲸可视化：GIS融合之路（一）技术选型CesiumJS/loaders.gl/iTowns?

山海鲸可视化：GIS融合之路（二）CesiumJS和ThreeJS深度缓冲区整合

山海鲸可视化：GIS融合之路（三）CesiumJS和ThreeJS相机同步

山海鲸可视化：GIS融合之路（四）如何用CesiumJS做出Cesium For Unreal的效果

山海鲸可视化：GIS融合之路（五）给CesiumJS加上体积云（Volumetric Cloud）和高度雾（Height Fog）

实际上山海鲸可视化中已经有了所有的雨雪风电效果，甚至可以直接绑定实时数据来展示天气，具体可以参照隔壁文章：山海鲸可视化：山海鲸如何实现动态天气。

实际上雨雪雷电本身在Cesium上的直接展示基本不需要做任何的特殊处理，我们可以先看下效果：

GIS下雨效果

那么和Cesium的整合有什么特别之处吗？

实际上雨雪的效果就是一个粒子效果的叠加，这里并没有什么值得一提的。但Cesium本身并不支持法线贴图的输出，雪面的覆盖是需要当前的法线的，因为法线朝上的积雪的可能性是最高的。

那么Cesium中获取法线信息的方式有哪几种呢？

1. 倾斜摄影中可以直接通过CustomShader，只要转出来的3dtiles的顶点上有法线信息，就可以直接获取；

2. 对于底图和地形，需要改写Cesium的源码修改Shader。

对于第1点来说，一方面要求倾斜摄影转换的时候带了法线信息，同时也只能应用在倾斜摄影中当中；

对于第2点来说，侵入性修改Cesium会导致后续的跟随升级将带来巨大的麻烦，那么剩下的选项就只有通过后处理方式获取法线了。我们现在有的信息一张ColorMap，一张DepthMap，那么留给我们的选项就只有通过dFdx和dFdy来将DepthMap转换为法线贴图。

这个过程相对简单，我们读取depthmap后直接通过以下shader代码进行处理：

vec3 vNormalW = normalize( cross(dFdy( positionW.xyz ),dFdx( positionW.xyz )) );

但由于直接的dFdx和dFdy方法输出的法线非常的闪烁，因此我们还需要在这个基础上做一次降噪让法线更加的平滑。由于我们只是用法线来做雪面覆盖，并不需要十分精确，因此我们选择采用联合双边滤波的形式来进行降噪处理，我们结合color和depth在两个维度来进行滤波，最终得到一个相对稳定的雪面覆盖结果：