WebGL/Cesium 大空间相机抖动 RTE(Relative to Eye)实现原理简析

在浏览器中渲染大尺寸 3D 模型：Speckle 处理空间抖动的方法

WebGL/Cesium 大空间相机抖动 RTE(Relative to Eye)实现原理简析

注: 相机空间和视图空间 概念等效混用

1、实现的关键代码

const material = new THREE.RawShaderMaterial({
  uniforms: {
    cameraPostion: { value: null },
    modelViewMatrixRTE: { value: null },
  },
  vertexShader: `
    attribute vec3 position;
    uniform vec3 cameraPostion;
    uniform mat4 modelViewMatrixRTE;
    uniform mat4 projectionMatrix;

    void main() {
      // key1
      vec4 mvPosition = vec4(position.xyz - cameraPostion, 1.);
      gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrixRTE * mvPosition;
    }`,
  fragmentShader: `
    void main() {
      gl_FragColor = vec4(vec3(0.5),1.);
    }`
});

// 模型视图矩阵相对于相机。
const modelViewMatrixRTE = new THREE.Matrix4();
function updateMat(box) {
  camera.updateMatrixWorld();
  modelViewMatrixRTE.multiplyMatrices(camera.matrixWorldInverse, box.matrixWorld);
  // key2
  modelViewMatrixRTE.elements[12] = 0;
  modelViewMatrixRTE.elements[13] = 0;
  modelViewMatrixRTE.elements[14] = 0;

  box.material.uniforms.cameraPostion.value = camera.position;
  box.material.uniforms.modelViewMatrixRTE.value = modelViewMatrixRTE;
}

2、原理赏析

顶点的变换流程依然满足这个流程。

正常的矩阵变换过程, 模型顶点都是是基于原点(0,0,0)进行的变换。但是大场景会出现抖动情况。于是将顶点位置改为基于相机位置进行后面的变换。

那么每个顶点都应该减去相机位置。但是这个工作完全可以在顶点着色器中完成, 于是将该操作延迟。那么这里假设已经完成了世界空间到视图空间的平移变换。

modelViewMatrixRTE 依然是用于将模型空间中的点转换到视图空间中。但是因为模型顶点已经是相对于相机位置了(该操作被延迟执行), 因此不需要再进行平移操作。

modelViewMatrixRTE.elements[12] = 0;
modelViewMatrixRTE.elements[13] = 0;
modelViewMatrixRTE.elements[14] = 0;

最后, 将世界空间到相机空间的平移操作延迟到顶点着色器中执行。

vec4 mvPosition = vec4(position.xyz - cameraPostion, 1.);
  gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrixRTE * mvPosition;