3d-tiles

参考资料

1. https://github.com/CesiumGS/3d-tiles
2. https://blog.csdn.net/qq_31709249/article/details/102643371
3. https://zhuanlan.zhihu.com/p/350265716

正篇

3D Tiles

3D Tiles是用于流式传输大规模异构3D地理空间数据集的开放规范。为了扩展Cesium的地形和图像流，3D Tiles将用于流式传输3D内容，包括建筑物，树木，点云和矢量数据。

3D Tiles 在glTF的基础上，加入了分层HLOD的概念（可以把3D Tiles简单地理解为带有H LOD 的 glTF ），3D Tiles和二维地图中的瓦片组织非常相似，它定义了一种数据分层结构和一组切片格式，用于渲染数据内容。瓦片被组织在一个树中，它结合了层次细节级别 (HLOD) 的概念，以实现空间数据的最佳渲染。每个图块都有一个边界体积，一个定义空间范围的对象，完全包围其内容。树具有空间连贯性；子图块的内容完全在父图块的边界体积内。3D Tiles 没有为数据的可视化定义明确的规则，客户可以按照自己合适的方式来可视化 3D 空间数据。同时，3D Tiles 也是 OGC 标准规范成员之一，可用于在台式机、Web端和移动应用程序中实现与海量异构3D地理空间数据的共享、可视化、融合以及交互功能。

Tileset—瓦片集

通常，一个3D Tiles 数据会使用一个主 tileset JSON 文件作为定义 tileset 的入口点，一般是以 tileset.json 文件命名（当然该文件名称可以修改）。tileset JSON 至少包含三个顶级属性：asset、geometricError、root。下面是一个tileset.json文件的例子：

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{
  "asset": {
    "generatetool": "cesiumlab2@www.cesiumlab.com/model2tiles",
    "version": "1.0"
  },
  "properties": null,
  "geometricError": 3.6255706558004,
  "root": {
    "boundingVolume": {
      "box": [
        -1.04773789644241e-9,
        1.9557774066925e-8,
        5.49168255459517,
        0.410892067127861,
        0,
        0,
        0,
        1.8127853279002,
        0,
        0,
        0,
        4.49168282654136
      ]
    },
    "children": [
      {
        "boundingVolume": {
          "box": [
            5.5309181290486e-8,
            7.38692391921703e-7,
            5.49168255574461,
            0.4108913511616,
            0,
            0,
            0,
            1.8127834921778,
            0,
            0,
            0,
            4.49168282572488
          ]
        },
        "content": {
          "uri": "NoLod_0.b3dm"
        },
        "geometricError": 0,
        "refine": "REPLACE"
      }
    ],
    "geometricError": 3.6255706558004,
    "transform": [
      -0.895779813464058,
      -0.444498060502289,
      0,
      0,
      0.285164241402339,
      -0.574680507450024,
      0.767087784925827,
      0,
      -0.340969032634527,
      0.687141752891415,
      0.641542149992959,
      0,
      -2177749.05056977,
      4388733.74629915,
      4070061.61183291,
      1
    ]
  }
}

1）asset
asset包含整个tileSet的元数据对象。asset.Version属性，用于定义3D Tiles版本，该版本指定tileset的JSON模式和基本的tileset格式。tileVersion属性可选，用于定义特定的应用程序的tileset。

2）properties
properties是一个对象，包含tileset中每个feature属性的对象。上面的例子是一个建筑物的3DTiles，因此每个瓦片都含有三维建筑物模型，每个三维建筑物模型都有高度属性，所以上面的例子中就定义了Height属性。属性中每个对象的名称与每个要素属性的名称相对应（如例子中的Height对应高度），并且包含该属性的最大值和最小值，这些值用于创建样式的颜色渐变非常有用。

3）geometricError
geometricError是一个非负数，是通过这个几何误差的值来计算屏幕误差，确定Tileset是否渲染。如果在渲染的过程中，当前屏幕误差大于这里定义的屏幕误差，这个Tileset就不渲染。即根据屏幕误差来控制Tileset中的root是否渲染。

4）root
root 是一个 JSON 对象，定义了最根级的 Tile ，它存储的是真正的Tile 。也就是说，root 的数据组织方式与 Tile 的数据组织方式是一样的。

需要注意的是，root.geometricError 与 tileset 的顶级 geometricError 不同，tileSet的geometricError是根据屏幕误差来控制tileSet中的root是否渲染，而root（tile）中的geometricError则是用来控制tile中的children是否渲染。

root.children 是一个定义子 Tile 的对象数组，每个Tile还会有其children，这样就形成了一种递归定义的树状结构。每个子 Tile 的内容完全由其父 Tile 的boundingVolume 包围，并且通常是其 geometricError 小于其父 Tile 的 geometricError，因为越接近叶子节点，模型越精细，与原模型的几何误差就越小。对于叶子节点的 Tile ，其数组的长度为零，或者是未定义 children 。

当然，为了创建树状结构，tile 的 content.uri 也可以指向外部的 tileset（另一个 tileset 的 JSON 文件）。这样做的一个好处就是，不同的tileset可以分开存储，例如我国的每个城市可单独存储成一个tileset，然后再定义一个包含所有 tileset 的全局 tileset。

Tiles—瓦片

瓦片包含用于确定是否渲染瓦片的元数据、对渲染内容的引用以及任何子瓦片的数组。切片实际上也是一个JSON对象，它由以下属性组成。

1）boundingVolumes（边界范围框）
定义了瓦片的最小边界范围，用于确定在运行时渲染哪个瓦片，有region、box、sphere三种形式。

2）geometricError（几何误差）
是一个非负数，以米为单位定义了不同瓦片层级的几何误差，通过几何误差来计算以像素为单位的屏幕误差（SSE），从而确定不同缩放级别下应该调用哪个层级的瓦片。简单来说，Tile的几何误差是用来确定瓦片切换层级的，即控制LOD的。

3）refine（细化方式）
确定瓦片从低级别（LOD）切换为高级别（LOD）的呈现过程，简单来说就是瓦片是如何切换的，其中包括替换（REPLACE）和添加（ADD）两种方式。替换就是直接把父级的瓦片替换掉，添加则是在父级瓦片的基础增加细节部分。

理论上来说，ADD方式是一种非常好的方式，是一种增量的LOD策略，能够减少数据的传输。这里强调一下，refine属性在根节点的Tile中是必须定义的，子节点中是可选的。如果子节点没有定义，则继承父节点的该属性。

4）content（内容）

content属性指定了瓦片实际渲染的内容。content.uri属性可以是一个指定二进制块（b3dm、i3dm、pnts、cmpt）的位置，也可以是指向另一个外部的tileset.json。
content.boundingVolume属性定义了类似 Tile属性boundingVolume的边界范围框，但是content.boundingVolume是一个紧密贴合的边界范围框，仅包含切片的内容。该属性可以用来做视锥体裁剪，只渲染视图范围内的内容，如果该属性没定义，系统也会自动计算。下图是关于Tile.boundingVolumes和content.boundingVolumes 的比较，红色是Tile的boundingVolumes，包围了Tileset的整个区域；蓝色是content的boundingVolumes，仅包围切片中的渲染模型。

5）children（孩子节点）
这个很容易理解，因为3D Tiles是分级别的，所以每个Tile还会有子Tile、子子Tile、子子子Tile …，分的越多，层级划分的越精细，和下面讲到的Tileset瓦片集root.children是同一个概念。

6）viewerRequestVolume（可选，观察者请求体）
定义了一个边界范围，使用与boundingVolumes相同的模式，只有当观察者处于其定义的范围内时，Tile才显示，从而精细控制了个别瓦片的显示与否。如下图所示，只有相机拉近到某一个距离时，才显示屋内的球。

7）transform（可选，位置变换矩阵）
定义了一个4x4的变换矩阵 ，通过此属性，Tile的坐标就可以是自己的局部坐标系内的坐标，最后通过自己的transform矩阵变换到父节点的坐标系中。它会对Tile的content、boudingVolume、viewerRequestVolume进行转换。详情可查看3D Tiles的规范文档。

Tile 数据格式