三维场景美化常用设置
背景需求
SuperMap iClient3D for Cesium的场景效果并不限于每次打开时看到的样子，它还可以进行各种个性化的设置。比如，制作一个晴朗的天空；调出夕阳西下的光影；打造科技感城市夜景特效；展现白模的边框轮廓；优化精模的纹理效果等等。从天空的效果，到场景的光照，及模型的外观均可以进行改变或设置。
本文档从以下几个方面分别进行说明：
功能介绍
2.1 天空背景的相关设置
与天空相关的功能主要包括：天空盒，大气层，太阳光晕等。
2.1.1如何制作自定义天空盒效果
1.制作天空盒素材
- ①图像数量：一组六张形式的天空盒图片；
- ②图像的命名及摆放：六张图片按照左图上面标注的顺序进行排列；然后按照右图的形式旋转相应的角度；
- ③图像的大小：1024×1024像素（也可以是2048×2048等像素大小）
图1
图2
2.使用方法
- ①创建一个自定义天空盒，并将图片对应到不同的方位下
sources: {
positiveX : './images/天空盒素材/晴天/Right.jpg',
negativeX : './images/天空盒素材/晴天/Left.jpg',
positiveY : './images/天空盒素材/晴天/Front.jpg',
negativeY : './images/天空盒素材/晴天/Back.jpg',
positiveZ : './images/天空盒素材/晴天/Up.jpg',
negativeZ : './images/天空盒素材/晴天/Down.jpg'
}
图3
- ②控制自定义天空盒的出现条件
在创建场景时，系统默认会创建一个星空效果的“天空盒”及围绕地球的大气层。
图4
而当我们拉近视角，进入地平面时，需要切换为天空的效果。
这里我们设置一个高度，当大于这个高度时，我们距离地球比较远，看到的是地球周围的大气层与星空；当小于这个高度时，我们距离地球比较近，就会看到天空的效果。
scene.postRender.addEventListener(function() {
var cameraHeight = scene.camera.positionCartographic.height;
var toggleHeight = 23e4;
if(cameraHeight < toggleHeight && Cesium.defined(currentSkyBox)) {
scene.skyBox = currentSkyBox;
scene.skyAtmosphere.show = false;
} else {
scene.skyBox = defaultSkyBox;
scene.skyAtmosphere.show = true;
}
});
图5
图6
- ③另外，如果想要在拉近场景时，有一个大气层逐渐消失，天空逐渐显现的渐变效果，可以通过控制二者的透明度来实现。
3.注意事项
- ①六张天空盒图片的顺序与旋转角度必须保证正确，否则场景中的天空会显示不正常；
- ②在2019年10月之后的SuperMap_iClient3D_10i_for_Cesium版本才支持此功能。
2.1.2如何更改大气层的渲染效果
1.快速改变大气层的渲染效果
设置viewer.scene.globe.enableLighting = true;同时开启时间轴，通过改变时间，即可快速调整大气层的效果。
开启时间轴代码如下
function onload(Cesium) {
var viewer = new Cesium.Viewer('cesiumContainer', {
timeline: true
});
}
图7
2.自定义控制大气层的渲染效果效果
如何制作一个暖色调的大气层？通过控制大气层的色相向橙黄色偏移,同时降低其亮度及饱和度。如果还想让星辰若隐若现，还可以降低大气层的透明度。
//开启大气层
scene.skyAtmosphere.show =true;
//修改大气层的亮度
scene.skyAtmosphere.brightnessShift=0.1;
//修改大气层的色调
scene.skyAtmosphere.hueShift=0.5;
//修改大气层的饱和度
scene.skyAtmosphere.saturationShift =0.1;
//修改大气层的透明度
scene.skyAtmosphere.alpha =0.8;
图8
图9
2.1.3如何改变太阳的显示效果
这里所说的太阳的显示效果，是指改变太阳的“外观”，而不是改变它发射出来的“光线”。通过调整scene.sun.glowFactor的值来实现。
图10
2.2 场景默认光照设置
在SuperMap iClient3D for Cesium中，场景中默认存在两个光源：
- ①环境光（ambientLight）；
- ②太阳光（sunLight）
二者共同决定了场景中的光照效果。
2.2.1如何调整环境光的效果
环境光是从四周发射光线来照亮场景的，没有方向性。常见的需要调节环境光的场景有以下三种：
- ①夜景或比较暗的场景中，需要一个较暗的环境光；
- ②模型的纹理本身带有较重的烘焙阴影，需要一个较亮的环境光提高阴影部分的亮度；
- ③配合场景中其他的光源效果来调整环境光的参数。
下图所示的场景中，就是设置了一个很低值环境光的效果（为了突显模型上的自发光纹理效果），设置
scene.lightSource.ambientLightColor = new Cesium.Color(0.1, 0.1, 0.1, 0.1)
图11
2.2.2修改光线后没有起作用
如果场景中的对象是以entity的方式添加的glTF模型，调整太阳光及环境光之后，模型的光照效果时没有变化的。那么如果想要制作一个夜景的效果要怎么设置？可以通过修改imageBasedLightingFactor的值来调整。
var gltf1 = viewer.entities.add({
name: "gltf",
position: new Cesium.Cartesian3.fromDegrees(xxx,yyy, 0),
model: {
uri: "../data（范例）/04-临时测试/Gltf/name.gltf"
}
});
var imageBasedLightingFactor = new Cesium.Cartesian2(0.1, 0.1);
gltf1.model.imageBasedLightingFactor = imageBasedLightingFactor;
viewer.zoomTo(gltf1);
2.3 如何自定义场景中的光源效果
在SuperMap iClient3D for Cesium中，支持自定义设置光源，可以添加的光源类型有：平行光，点光源，聚光灯。
2.3.1利用自定义的平行光优化白模的显示效果
如下图所示，通过添加自定义的平行光制作一个更具设计感的白模效果。
图12
场景光线调整思路：
- ①环境光设置（由于模型本身没有纹理，只有颜色，环境光不宜太亮）；
- ②主光源平行光的设置（对于白模，使用侧平光更容易表现设计感）；
- ③最终场景的亮度，以能够显示最大范围的灰阶为好。
具体调整方法及参数设置：
1.修改默认光照的参数
关闭太阳光，调暗环境光，给一个较亮的大气层效果。
//默认场景设置
//设置太阳是否开启--关闭太阳光
scene.sun.show = false;
//设置环境光的强度
scene.lightSource.ambientLightColor = new Cesium.Color(0.5, 0.5, 0.5, 1);
//修改大气层的亮度
scene.skyAtmosphere.brightnessShift=0.4;
2.添加自定义的平行光光源
//添加光源
//东南45方向
//光源的倾角比较平，使得路面与桥墩的对比度比较高。
var position1 = new Cesium.Cartesian3.fromDegrees(xxx,yyy, 445);
var targetPosition1 = new Cesium.Cartesian3.fromDegrees(xxz, yyz,430);
var dirLightOptions = {
targetPosition: targetPosition1,
color: new Cesium.Color(0.8, 0.8, 0.8, 1),
intensity: 1
};
directionalLight_1 = new Cesium.DirectionalLight(position1, dirLightOptions);
scene.addLightSource(directionalLight_1);
其中，position1为光源的位置，targetPosition1为光源的目标点，二者决定了光线的角度。
2.3.2利用自定义的平行光优化精模的显示效果
精模不同于白模，在还原纹理的基础上，更好的展现模型的立体效果。
如下图所示，进行说明。
图13
场景光线调整思路：
- ①环境光设置（由于模型本身带有明显的烘焙纹理，纹理本身的明暗效果已经比较明显，环境光只需要保证能够看清暗部的纹理即可）；
- ②主光源平行光的设置（从模型本身的烘焙纹理中反推，数据在烘焙时的灯光设置：光源方位是东南侧，光线倾角相对较平。基于此，设置一个类似的光源，以保证数据的明暗效果相协调）具体调整方法及参数设置：
1.修改默认光照的参数
关闭太阳光，稍微调暗环境光。
//默认场景设置
//设置太阳是否开启--关闭太阳光
scene.sun.show = false;
//设置环境光的强度
scene.lightSource.ambientLightColor = new Cesium.Color(0.65, 0.65, 0.65, 1);
//修改大气层的亮度
scene.skyAtmosphere.brightnessShift=0.4;
2.添加自定义的平行光光源
//添加光源
//东南45方向 光线倾角25°左右
var position1 = new Cesium.Cartesian3.fromDegrees(xxx,yyy,, 480);
var targetPosition1 = new Cesium.Cartesian3.fromDegrees(xxz,yyz,,430);
var dirLightOptions = {
targetPosition: targetPosition1,
color: new Cesium.Color(1.0, 1.0, 1.0, 1),
intensity: 0.55
};
directionalLight_1 = new Cesium.DirectionalLight(position1, dirLightOptions);
scene.addLightSource(directionalLight_1);
2.3.3利用自定义光源制作城市夜景特效
如下图所示，进行说明。
图14
1.因为是夜景，首先关闭太阳光与环境光。
scene.sun.show = false;
scene.lightSource.ambientLightColor = new Cesium.Color(0, 0, 0, 1);
2.给场景添加一个平行光和点光源作为底光
平行光位置不限，保证整个场景都能有一个偏蓝的色调。点光源的置于重点建筑群附近，提升该区域的亮度，作为整个场景的视觉中心区域。
// 新增直射光-整个环境
var dirLightOptions = {
targetPosition: targetPosition1,
color: new Cesium.Color(0.01, 0.01, 0.3, 1.0),
intensity: 0.1
};
// 新增点光源-整个环境
var pointLightOptions3 = {
cutoffDistance: 2000,
color: new Cesium.Color(0.04, 0.18, 0.43, 1.0),
intensity: 0.001
};
3.依次给重点建筑单独打造灯光效果
这里以场景中的最高楼-国贸大厦为例，在其周围添加多个点光源，并设置光源颜色为偏青蓝色的冷色调。点光源的高度大致位于80米处，以打亮建筑的中下部分。
并用同样的方法给其它重点建筑添加灯光效果。
// 新增点光源-建筑
var pointLightPoszuigao1 = new Cesium.Cartesian3.fromDegrees(xxx, yyy, 80.0);
var pointLightOptionszuigao1 = {
cutoffDistance: 360.0,
color: new Cesium.Color(0.15, 0.45, 1.4, 1.0),
intensity: 0.12
};
pointLightzuigao1 = new Cesium.PointLight(pointLightPoszuigao1, pointLightOptionszuigao1);
scene.addLightSource(pointLightzuigao1);
var pointLightPoszuigao2 = new Cesium.Cartesian3.fromDegrees(xxx, yyy, 80.0);
pointLightzuigao2 = new Cesium.PointLight(pointLightPoszuigao2, pointLightOptionszuigao1);
scene.addLightSource(pointLightzuigao2);
var pointLightPoszuigao3 = new Cesium.Cartesian3.fromDegrees(xxx, yyy, 80.0);
pointLightzuigao3 = new Cesium.PointLight(pointLightPoszuigao3, pointLightOptionszuigao1);
scene.addLightSource(pointLightzuigao3);
var pointLightPoszuigao4 = new Cesium.Cartesian3.fromDegrees(xxx, yyy, 80.0);
pointLightzuigao4 = new Cesium.PointLight(pointLightPoszuigao4, pointLightOptionszuigao1);
scene.addLightSource(pointLightzuigao4);
4.给道路添加路灯效果。
前面添加的灯光都是针对建筑添加的，道路上面也会有很多的路灯。
这里通过聚光灯来模拟路灯的效果，因为路灯具有明显的方向性。因为之前添加的灯光都是冷色调的，这里给路灯设置一个比较明显的暖色调，平衡场景中的颜色分布。
因为场景是支持HDR的，所以可以给光源颜色设置大于1的RGB值(6, 5, 0.2, 1)。另外给光源设置一个合适的衰减系数（3），保证灯光在向周围传播的时候逐渐减弱。
至此，灯光系统的添加基本完成。
// 新增聚光灯-横向道路-路灯1
var spotLightPosludeng1_1 = new Cesium.Cartesian3.fromDegrees(xxx, yyy, 30);
var spotLightTargetPosludeng1_1 = new Cesium.Cartesian3.fromDegrees(xxx, yyy, 0);
var spotLightOtionsludeng1_1 = {
color: new Cesium.Color(6, 5, 0.2, 1),
distance: 100,
decay: 3,
intensity: 13,
angle: Math.PI / 2
};
spotLightludeng1_1 = new Cesium.SpotLight(spotLightPosludeng1_1, spotLightTargetPosludeng1_1, spotLightOtionsludeng1_1);
scene.addLightSource(spotLightludeng1_1);
// 新增聚光灯-横向道路-路灯2
var spotLightPosludeng1_2 = new Cesium.Cartesian3.fromDegrees(xxx, yyy, 30);
var spotLightTargetPosludeng1_2 = new Cesium.Cartesian3.fromDegrees(xxx, yyy, 0);
spotLightludeng1_2 = new Cesium.SpotLight(spotLightPosludeng1_2, spotLightTargetPosludeng1_2, spotLightOtionsludeng1_1);
scene.addLightSource(spotLightludeng1_2);
// 新增聚光灯-横向道路-路灯3
var spotLightPosludeng1_3 = new Cesium.Cartesian3.fromDegrees(xxx, yyy, 30);
var spotLightTargetPosludeng1_3 = new Cesium.Cartesian3.fromDegrees(xxx, yyy, 0);
spotLightludeng1_3 = new Cesium.SpotLight(spotLightPosludeng1_3, spotLightTargetPosludeng1_3, spotLightOtionsludeng1_1);
scene.addLightSource(spotLightludeng1_3);
注：
- ①每种灯光的具体用法，可以参考在线范例：http://support.supermap.com.cn:8090/SuperMap3D/examples/SuperMap3D/editor.html#lightSource
- ②场景中的纹理自发光，泛光等其它特效可参考特效的制作流程文档。
2.4 HDR对场景的影响
HDR全称High Dynamic Range(高动态范围图像),是采用更大的动态范围进行照明计算从而对画面图形进行渲染。
如果没有HDR，那么太暗的模型将会直接融入黑色环境，太亮的模型则直接显示为白色，缺少了色彩的渐变效果。
HDR可以保证亮的地方非常亮，暗的地方非常暗，同时亮暗部的细节都很明显。
只有在HDR模式下，场景中的光比才更加真实，光源及自发光纹理才能有正确的显示效果。
比如，在有特效的场景中，通过设置多个光源及纹理自发光等，来表达不同区域之间丰富的明暗变化与光影效果，此时建议开启HDR模式。如果场景中只有太阳光，环境光等比较单一的光源，场景对象受光比较均匀，则没有必要开启HDR。
图15
图16
2.5 模型烘焙纹理的处理
有时会碰到带有两重纹理的模型，其中一层是常见的决定模型外观的漫反射纹理，另外一层则是制造模型光影明暗的烘焙纹理（一般通过3ds Max里面的烘焙功能制作）。在SuperMap iClient3D for Cesium中，提供了一个默认的参数（scene.shadowMap.darkness）来决定二者的叠加效果，来满足大多数的需求，如果想要自定义二者的叠加效果，可以对该参数进行修改。
如图所示，在同样的光照条件下，上图设置darkness的值为1.0，整体场景的亮度稍低，并且色调偏黄偏红；下图设置darkness的值为1.275，整体场景的亮度有所提升，并且消除了原有的偏色现象，与原始模型的效果相比，还原度更高。
图17
图18
2.6 场景/图层颜色的调整
2.6.1场景颜色的调整
SuperMap iClient3D for Cesium中，提供了用于修改场景颜色的一系列参数：亮度，对比度，色调，饱和度等。修改该参数时，场景中的所有对象均发生改变。
具体用法及效果可参考在线范例：http://support.supermap.com.cn:8090/SuperMap3D/examples/SuperMap3D/editor.html#colorCorrection
2.6.2图层颜色的调整
如果要对场景中的某一个或者某些图层单独做调整，可以使用图层颜色校正功能。如图所示，单独对树木图层的色调进行修改（色调值由0调整为-1），将秋天的树木“修改”为夏天的树木。设置代码如下：
var layer1 = scene.layers.find("c树木11640@鸟巢");
layer1.hue = -1;
layer1.brightness= 1;
layer1.contrast = 1;
图19
图20
2.7 通过开启硬件反走样优化模型边界效果
在SuperMap iClient3D for Cesium中支持开启硬件反走样，用于提升模型的显示效果，尤其是电力塔，栅栏，路灯等细长、有镂空的模型，优化效果更明显。硬件反走样开启方法：初始化viewer部件时，在contextOptions属性中，设置requestSuperMap3D2为true，msaaLevel值为2-8，具体代码设置如下。
var viewer = new Cesium.Viewer('cesiumContainer',{
//反走样
contextOptions:{
//硬件反走样，默认值为1
msaaLevel:8,
requestSuperMap3D2:true
}
}),
图21
2.8 通过边框线优化模型显示效果
在设计类软件中，常常通过显示模型的边框线来优化模型的显示效果，使其更有设计感，因此在SuperMap iClient3D for Cesium上优化了线的绘制效果。这里以填充和线框模式为例进行说明，默认线框的颜色为深灰色，并可根据需要修改颜色，代码设置如下。
layer.style3D.fillStyle = Cesium.FillStyle.Fill_And_WireFrame;
layer.wireFrameMode = Cesium.WireFrameType.EffectOutline;
具体用法及效果可参考在线范例：http://support.supermap.com.cn:8090/SuperMap3D/examples/SuperMap3D/editor.html#wireframe
图22
2.9 平面场景中如何添加自定义光源
如何在SuperMap iClient3D for Cesium的平面场景中添加自定义光源。
平面场景中，是支持自定义的光源的，只是添加光源的位置坐标需要是Cartesian3。
1.如果数据本身是平面的数据，发布服务之后，直接通过SuperMap iClient3D for Cesium打开，默认既是平面的场景。
添加自定义光源时，使用的坐标，不能使用Supermap iDesktop打开平面数据，再通过坐标查询得到的坐标，要使用前端查询获取的坐标。
坐标查询方式：
//拾取点击点的坐标
var screenSpaceEventHandler = new Cesium.ScreenSpaceEventHandler(scene.canvas);
screenSpaceEventHandler.setInputAction(function (evt) {
var cartesian = scene.pickPosition(evt.position);
console.log(cartesian);
}, Cesium.ScreenSpaceEventType.LEFT_CLICK);
光源添加方式：
var position1 = new Cesium.Cartesian3( 5522423.797161465, 460702.87773946195, 3157843.5904182503);
var targetPosition1 = new Cesium.Cartesian3(5522375.5857076915, 460656.85253924195,3157986.9535061973);
var dirLightOptions = {
targetPosition: targetPosition1,
color: new Cesium.Color(1.0, 1.0, 1.0, 1),
// color: new Cesium.Color(1.0, 1.0, 1.0, 1),
intensity: 1.55
};
directionalLight_1 = new Cesium.DirectionalLight(position1, dirLightOptions);
scene.addLightSource(directionalLight_1);
2.如果数据本身是球面的数据，只需要在打开的时候，设置下打开的方式，即可将数据添加到平面场景中，
//平面场景
viewer.scene.mode = Cesium.SceneMode.COLUMBUS_VIEW;
//打开场景
scene.open(URL_CONFIG.SCENE_CBD);
并且光源的添加方式有两种：
- ①通过上述方法，查询得到的坐标进行添加；
// 新增聚光灯
var spotLightPosludeng1_1 = new Cesium.Cartesian3(-2179640.6821754016,4379810.971923672, 4092349.589765973);
var spotLightTargetPosludeng1_1 = new Cesium.Cartesian3(-2179672.0304557816, 4379901.146983794, 4092488.1975491447);
var spotLightOtionsludeng1_1 = {
color: new Cesium.Color(6, 4, 0.2, 1),
distance: 550,
decay: 1,
intensity: 9,
angle: Math.PI / 2
};
spotLightludeng1_1 = new Cesium.SpotLight(spotLightPosludeng1_1, spotLightTargetPosludeng1_1, spotLightOtionsludeng1_1);
scene.addLightSource(spotLightludeng1_1);
- ②也使用经纬度的坐标进行添加；
var position1 = new Cesium.Cartesian3.fromDegrees(116.261209157595+0.000009405717451407729*70.7, 39.3042238956531-0.00000914352698135*70.7, 480);
//光源方向点
var targetPosition1 = new Cesium.Cartesian3.fromDegrees(116.261209157595, 39.3042238956531,430);
var dirLightOptions = {
targetPosition: targetPosition1,
color: new Cesium.Color(1.0, 1.0, 1.0, 1),
// color: new Cesium.Color(1.0, 1.0, 1.0, 1),
intensity: 0.55
};
directionalLight_1 = new Cesium.DirectionalLight(position1, dirLightOptions);
scene.addLightSource(directionalLight_1);