Cesium Shader 材质体系解析：从 Fabric 到渲染管线

Shader 基础与 Cesium 实现

真实世界中物体对光的反应各异，模拟这些特性需要定义材质属性。OpenGL 通常包含环境光、漫反射和镜面高光。Cesium 的 czm_material 结构体与此类似，但移除了显式的 ambient 字段，转而通过光照计算逻辑处理，并增加了法向量、自发光和透明度支持。

struct czm_material {
    vec3 diffuse;
    float specular;
    float shininess;
    vec3 normal;
    vec3 emission;
    float alpha;
};

在片段着色器中，Cesium 使用 czm_phong 函数计算最终颜色。它结合了太阳和月亮的方向，根据材质属性混合环境、漫反射和镜面反射分量。注意这里的环境光默认取漫反射的一半，这是一种简化的物理近似，实际运行时你会发现它对暗部细节影响很大。

Fabric 材质定义系统

为了简化开发，Cesium 引入了 Fabric 系统，允许通过 JSON 配置描述材质。内置了十八种类型，如 ImageType、ColorType、NormalMapType 等。开发者可以直接指定 type 和 uniforms，也可以组合多个材质层。

例如叠加漫反射贴图和法线贴图：

primitive.appearance.material = new Cesium.Material({
    fabric : {
        materials : {
            applyDiffuseMaterial : { type : 'DiffuseMap', uniforms : { image : '../images/bumpmap.png' } },
            normalMap : { type : 'NormalMap', uniforms : { image : '../images/normalmap.png', strength : 0.6 } }
        },
        components : {
            diffuse : 'diffuseMaterial.diffuse',
            specular : 0.01,
            normal : 'normalMap.normal'
        }
    }
});

这种组合方式非常灵活，你可以把不同的纹理映射到材质的不同通道上，而不需要写复杂的自定义 Shader。

Material 内部机制

当调用 Material.fromType 时，系统会加载对应的预定义配置。核心在于 initializeMaterial 函数，它负责生成着色器源码。createMethodDefinition 会根据 components 配置拼接获取材质的 GLSL 代码，createUniforms 则声明 uniform 变量并建立映射关系。

这里有个细节，Cesium 会给每个 uniform 分配一个唯一的标号（比如 color_0），避免命名冲突。这种设计让自定义材质变得灵活，只需关注数据输入，底层渲染细节由框架接管。

Appearance 与渲染流程

Material 仅负责片段着色器的颜色计算，而 Appearance 封装了整个图元的顶点与片段着色器逻辑，并管理渲染状态（RenderState）。例如 EllipsoidSurfaceAppearance 会指定特定的顶点格式和剔除策略。

在 Primitive.update 阶段，Appearance 会合并 Material 的 Uniforms，并根据透明性设置渲染队列（Translucent/Opaque），最终生成 Command 提交给 GPU。理解这一分层架构，有助于在复杂场景下优化性能或定制特殊效果。如果你发现材质不显示，通常先检查 Appearance 的 RenderState 是否被正确传递，而不是只盯着 Material 本身。