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一、一個簡單的3dTiles資料示例
上圖是一份 3dTiles資料集在資料夾內的樣子,層層開啟可得以下特點:
- 入口檔案是
tileset.json
- 各級瓦片用資料夾(目錄)來組織
3dTiles 資料目前的具體檔案實現,是一些零散的檔案。
資料集的名稱與所在資料夾的名稱並無關係,資料集的名稱寫在入口檔案中。
3dTiles至少有一個 tileset.json
檔案,作為整個資料集的入口。它是一個 json 檔案,描述了整個三維瓦片資料集,它記錄的是上一節提及的“邏輯資訊”,還包括一些其他的後設資料。而“屬性資訊”、“嵌入的gltf模型” 則位於各個二進位制瓦片檔案中,這些二進位制檔案則由 tileset.json
中的瓦片中的 uri
來引用。
瓦片是什麼?
瓦片,屋頂上的瓦片。古時候,蓋房子,屋頂不能一次澆築完工,也沒有特定的“屋頂”零件,所以只好一片片瓦片蓋上去(我瞎掰的)。
瓦片切割了三維資料,允許三維資料進行細分。我們都知道網速是有限的,在載入超大規模的三維模型資料時,不可能把一個模型全部下載下來再渲染,那樣等待的時間太慢了,但是一點一點出現,視野範圍外的“瓦片”則乾脆就不下載、渲染,效能、視覺都有提高。這就是瓦片的設計優點。
傳統的二維地圖瓦片,叫做 WMTS 或 TMS,這個 "T" 就是 Tile
的意思。
現在,你只要知道,3dTiles就是把空間進行切塊,每個塊叫做 “tile”,也即瓦片。至於怎麼切的——待會介紹 tileset.json 時,會隆重介紹樹結構。
瓦片只有兩種情況:葉子瓦片,非葉子瓦片。根瓦片也是非葉子瓦片。非葉子瓦片和葉子瓦片有什麼區別呢?主要就是葉子瓦片不會再有孩子了(樹結構的知識哈,不懂的建議去學習資料結構中的樹)。
瓦片包含什麼內容呢?本篇稍微靠後再仔細瞭解瓦片。
現在,我們先認識一下,描述整個 3dTiles 資料集的入口檔案,也叫做三維瓦片資料集 —— tileset.json:
二、Tileset——(三維)瓦片資料集
通常,一個三維瓦片資料集(之後簡稱:一個3dtiles資料)的入口就是那個”tileset.json“,至於這個檔案的名稱可不可以改,暫時未作測試。
現在,我們先來研究研究 這個入口檔案記錄了哪些資訊,拿一份最簡單的 3dtiles資料來舉例,該資料只有一個根瓦片(root),根瓦片再無子瓦片。
root物件中有一個content,內有uri屬性,其就記錄了根瓦片的二進位制資料檔案的URL,這個URL是個相對路徑,相對於 tileset.json 檔案。
① 頂級屬性概覽
通過上面介紹,3dTiles資料的入口檔案是一個名叫 tileset.json
的檔案,而通常來說,這個json必須存在以下幾個頂級物件:
- asset
- root
- geometricError
由於本人學識有限,目前不太清楚 geometricError
的精確含義,只知道這個數值的大小能控制 LOD 的顯示隱藏,且這個數值父級瓦片一定比子級瓦片大。
asset
物件,記錄了整個資料集的宣告和歸屬資料,類似於資料宣告,能在此寫入 version
、tilesetVersion
等屬性,當然也可以像上方的例子一樣,寫入生成工具、gltf朝向等資訊。
root
物件,即這個資料集的根瓦片,每個3dTiles資料集必須有一個 root
物件。
至於 tileset.json
中其他的頂級物件,請查閱官方文件:點我
② root瓦片及其children
樹結構對於三維空間資料的組織有很大的優勢。3dTiles在空間上允許資料集使用如下幾種樹結構:
- 四叉樹
- 八叉樹
- KD樹
- 格網結構
四叉樹允許使用傳統的均勻四叉樹,也允許使用鬆散四叉樹等變種(例如,允許子節點,即子瓦片允許存在空間範圍重疊)。
上圖為兩個子瓦片在空間上存在部分重疊,照顧到了建築物不可能嚴格切分的特點。
四叉樹對在高度上不太好切分的資料比較適合,而如果追求極致的空間分割和分級(例如點雲資料),那麼八叉樹更合適。
八叉樹也允許使用各種變種。
kd樹比較難理解,在此不作展開,這也是一種有趣的空間結構分割的資料結構。
格網結構的樹允許瓦片存在多個子瓦片:
通常出現在傾斜攝影資料上,但是這會導致網路請求過多的問題。
③ 座標系統
我們可以用簡單的兩位數、三位數:經緯度,還有一個高度來標識地球表面附近的任何一個點。經緯度的範圍不超過三位數,而用米作單位的空間直角座標系來描繪地球,數字太大,不好記憶。
在GIS中,WGS84就是一個用經緯度來標識空間座標的“地理座標系,Geographic Coordinate System”。
由於歷史上對地球測量的技術不同,科學家制造了多個長半軸短半軸不太一樣的“橢球”,來模擬地球的形狀。目前,最具代表性的就是兩個以地球質心為中心的橢球體:
- WGS84橢球體
- 中國國家2000橢球體(即CGCS2000)
基於橢球體,我們允許有多種不同的座標系定義,WGS84座標系其實並不太嚴謹。基於WGS84橢球(長短半軸等資訊自行查詢哈),可以使用球面座標度量,即經緯度,還有一個從質心射向橢球面上的點的“橢球高度”射線,來記錄第三維高度資料。
介紹了那麼多,3dTiles其實採用的是WGS84橢球,但是並未採用經緯度記錄資料:因為相對於精細三維模型來說,經緯度不足以提供足夠精確的空間分割(要照顧圖形顯示問題)。所以,同樣是那個形狀,3dTiles使用了同一個WGS84橢球,但是更方便計算的座標:空間直角座標。
用經緯度記錄資料的WGS84座標系,WKID是4326,用地心為座標原點的空間直角座標來記錄資料的座標系,WKID是4979.
3dTiles 用的就是4979座標系。
三、Tile——構成3dtiles的成員:瓦片
通常,瓦片物件會引用一個二進位制的瓦片資料檔案(也有例外,往下拉一點會說):
在1.0 版本的規範中,瓦片所引用的二進位制的瓦片資料檔案,有四種型別:
型別 | 英文名稱 | 檔案字尾名 |
---|---|---|
批量三維模型 | Batch 3D Model | b3dm |
例項三維模型 | Instance 3D Model | i3dm |
點雲 | PointCloud | pnts |
複合模型 | Component | cmpt |
這些不同的瓦片對應了些什麼資料呢?本篇只貼一張各種資料型別的截圖和資訊對比表:
瓦片型別 | 對應實際資料 |
---|---|
b3dm | 傳統三維建模資料、BIM資料、傾斜攝影資料 |
i3dm | 一個模型多次渲染的資料,燈塔、樹木、椅子等 |
pnts | 點雲資料 |
cmpt | 前三種資料的複合(允許一個cmpt檔案內嵌多個其他型別的瓦片) |
關於這些二進位制瓦片資料檔案的資料結構如何,下一篇開始會詳細展開。
現在,我們關注一下,瓦片物件的職能,也就是,它記錄了啥資訊:
這是一個children下的第一個瓦片,觀察不難得知,與root瓦片其實在屬性上長得一模一樣。
瓦片物件都有如下屬性:
- boundingVolume:空間範圍框,允許有box、sphere、region三種範圍框,但是隻能定義一種
- geometricError:幾何誤差
- content:瓦片內容,uri屬性引用二進位制瓦片資料檔案。
- 其他屬性:viewerRequestVolume、transform
沒錯,瓦片物件記錄的就是瓦片的後設資料,真正瓦片的本體資料在content所引用的二進位制檔案中。
瓦片還可以再引用 3dTiles 資料集!
我一再強調3dTiles十分靈活。
Tile不僅僅可以在其uri屬性中引用 諸如 .b3dm
、.i3dm
、.pnts
等二進位制瓦片資料檔案,還可以再引用一個 3dTiles!
這是一份從osgb傾斜攝影資料轉換而來的3dtiles資料,清晰可見在root瓦片的第一個child瓦片中,引用了另外一個json檔案。這證明了兩件事:
- 3dTiles的檔名可以不是tileset.json
- 3dTiles允許套娃
原則上,只要被引用的子一級3dtiles 不迴圈引用父級3dtiles,那麼就OK(規範如是說)。
它真的很靈活!
下一節將展示二進位制瓦片檔案中的至關重要的一部分:兩大資料表。