全面了解3D Tiles

一、3D Tiles介绍

Cesium是一个虚拟地球三维平台，可视化范围上至太空中每一颗卫星，下至地面上每一幢建筑物。为了实现数字地球（Digital Earth vision）的蓝图，使连接世界上的地理空间数据成为可能，就要用到3D-Tiles。

3D-Tiles是一个用于流式（stream）传输大规模、异构的三维空间数据集的开放规范（open specification）。为了在Cesium地形和影像成流技术的基础上拓展功能，需要用3D Tiles成流三维数据，包括建筑物，树，点云和矢量数据。

简单点说，3D Tiles是在gltf的基础上，加入了分层LOD的结构后得到的产品，专门为大量地理3D数据流式传输和海量渲染而设计的一种格式，是webGL框架Cesium的专用格式。

主要有以下几个特点：

1. Open

   3D Tiles是一个开放式规范，在Cesium中具有开源实现。

2. Optimized for streaming and rendering（针对流和渲染进行了优化）

   3D Tiles主要是对大规模异构数据集的成流和渲染进行优化。3D Tiles的基础是一种空间数据结构，它支持层次结构细节级别(HLOD)，只有可见的图块才会被流式传输。
   

3. Interactive（交互式）

   3D Tiles支持交互式选择和样式，可以单独进行模型交互。比如鼠标悬停显示建筑物、使用ID查询数据。

4. Styleable（设置样式）

   单个模型的元数据可以在运行时用于着色而无需编写代码，样式可以即时更改。

5. Adaptable（适应性）

   为了满足灵活性的需求，树可以是任何具有空间相干性的空间数据结构，包括k-d树，四叉树(quadtrees)，八叉树(octrees)，格网(grids)。

6. Flexible（灵活）

   传统的2D地图图块，当用户放大时，可见的地图图块将被更高分辨率的地图图块替换，这称为细化。

   而3D数据集则可以在子图块下载时呈现，这称为添加剂细化，具有更大的灵活性。

7. Heterogeneous（异构的）

   3D数据集没有可以适合所有的尺寸，批量模型需要来自实例模型的不同表示，以及来自点云的不同表示等。

   3D Tiles通过启用自适应细分，灵活细化和可扩展的切片格式集支持异构数据集。

8. Precise（精确）

   3D Tiles提供全精度几何，避免抖动伪像，无需存储双精度值。

9. Temporal（时间动态）

   Cesium专为时间动态可视化设计，例如卫星、无人机。

3D Tiles数据集（又称为tileset）是由一系列tile组成的树状结构。每一个tile都有一个包围体完全包围它的内容(content)。树具有空间相关性，子tile的内容完全包含在父tile的包围体内。

一个tile代表一个要素或者一个要素集，如建筑物为代表的3D模型、点云中的点和向量数据集中的点。每个tile可以引用以下四种格式中的一种：

• Batched3DModel
• Instanced3DModel
• PointCloud
• Composite

tile的内容（tile格式的一个单独实例）是一个二进制块，具有特定于格式的组件，包括功能表（Feature Table）和批处理表（Batch Table）。

批处理3D模型和实例3D模型格式基于glTF建立，glTF是为有效传输3D内容而设计的开放规范。这些格式的图块内容在二进制主体中嵌入了glTF资源，其中包含模型几何和纹理信息。点云格式未嵌入glTF。

tile以树形结构组织，其中结合了详细层次结构（HLOD）的概念，可最佳呈现空间数据。每个tile都有一个包围体积(bounding volume)属性，一个对象定义了一个完全包围其内容的空间范围。树具有空间连贯性；子tile的内容完全在父级的包围体积之内。

树可以是任何具有空间相干性的空间数据结构，包括k-d树，四叉树(quadtrees)，八叉树(octrees)，格网(grids)

二、3D Tiles的文件规范和单位

1. 扩展名

• Tileset使用.json扩展名；
• Tile的内容使用上述的四种类型(b3dm,i3dm,pnts,cmpt等)；
• 样式文件也使用.json扩展名

2. JSON的编码规范

• JSON必须使用没有BOM的UTF-8编码。

• 所有字符串（属性名称，枚举）仅使用ASCII字符集，并且必须以纯文本形式编写。

• JSON对象中的名称（键）必须唯一，即不允许重复的键。

3. URIs

• 3DTiles中的tiels使用URIs来指向外部引用，也可以将资源嵌入JSON的数据，和glTF引用二进制文件或者直接包含数据在JSON中的方式一样。

4. 单位

• 所有线性距离的单位是米。

• 所有角度均以弧度为单位

5. 坐标系

• 3D Tiles使用右手笛卡尔坐标系，整体坐标系为WGS 84坐标系，但是WGS 84坐标系并