3DTiles之b3dm介绍

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于 2024-11-05 18:03:09 首次发布

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3DTiles之b3dm介绍

b3dm（Binary 3D Model）文件是3DTiles标准中的一种用于存储三维模型的二进制格式。它的设计目的是为了高效地存储和传输包含几何数据、纹理、材料等内容的3D模型，特别适用于大规模的三维城市建模和地理信息系统（GIS）应用。与传统的基于文本的3D格式（如OBJ、FBX等）相比，b3dm文件提供了更加高效的存储和渲染性能，特别是在处理大量复杂数据时，能够显著减少加载时间和内存使用。

b3dm文件结构

b3dm文件采用了层次化的二进制结构，这使得它能够高效存储大量数据并支持快速解析。下面是一个典型的b3dm文件结构概述。

Header（文件头）
- 文件头部分包含文件的元数据，标识该文件的类型、版本等基本信息。
- 它用于指示文件是b3dm格式，通常包含以下内容：
  - magic：用于标识文件类型的字符串（例如：b3dm）。
  - version：文件的版本信息。
  - length：文件的总长度，包括所有的数据部分。
Batch Table（批次表）
- b3dm文件通常包含一个批次表（Batch Table），它用于管理多个模型实例（例如，城市中的多个建筑物）。每个批次表项指向一个具体的模型或物体实例。
- 批次表项可能包括模型的元数据、颜色、标识符、材质等附加信息。每个批次数据块通常关联到一个独立的3D对象或多个对象。
Feature Table（特征表）
- 特征表存储与3D模型相关的额外属性和元数据。这些数据是关于3D对象的属性（如标签、分类、建筑物用途等），在可视化时可以被用作附加信息展示。
- 特征表项通常与批次表项关联，以支持大规模对象的属性查询。
Geometry（几何数据）
- 这是b3dm文件的核心部分，包含了3D模型的几何信息。几何数据由多个部分组成，通常包括顶点、面片、法线、纹理坐标等。
- 具体来说，几何数据通常以以下方式存储：
  - Vertex Buffer：顶点数据，包括每个顶点的坐标、法线、颜色、纹理坐标等。
  - Index Buffer：面片的索引数据，指示如何将顶点连接成三角形或其他几何形状。
  - Normals、Tangents、Texture Coordinates：这些用于光照计算和纹理映射。
Textures（纹理数据）
- 纹理数据部分存储与模型相关的所有图像或纹理。这些纹理可能包括基础颜色纹理、法线贴图、粗糙度贴图等。
- 纹理通常以二进制格式存储，可以是PNG、JPEG或其他压缩图像格式。文件中会包含纹理的元数据（如大小、格式等），以及指向纹理数据的引用。
Materials（材质数据）
- 作为3D模型的外观描述，材质定义了模型表面的视觉效果，如颜色、反射、透明度等属性。b3dm文件可以包含多个材质设置，每个材质都与模型的几何部分相关联。
- 在b3dm中，材质通常通过物理基础渲染（PBR）模型进行描述，支持漫反射、镜面反射、粗糙度等属性。
Extra Data（附加数据）
- 这部分是b3dm文件的扩展部分，可以存储一些附加的、与核心数据无关的内容。根据应用需求，这些数据可以是任何类型的二进制信息，比如自定义的属性、标注信息、或特殊的渲染参数。

b3dm的二进制结构

b3dm文件是以二进制格式存储的，因此它的每一部分都有明确的二进制编码。这使得b3dm文件比传统的文本格式（如OBJ）更加紧凑。以下是b3dm文件的一个简化示意结构：

|----------------------------------------|
| Magic Identifier (4 bytes)            |  -> "b3dm"
| Version (4 bytes)                     |  -> Version number
| Total Length (4 bytes)                |  -> File size
|----------------------------------------|
| Batch Table (optional)                |  -> Batch information
|----------------------------------------|
| Feature Table (optional)              |  -> Feature attributes
|----------------------------------------|
| Geometry Data (vertex, indices, etc.) |  -> 3D model geometry
|----------------------------------------|
| Textures (optional)                   |  -> Textures data (images)
|----------------------------------------|
| Materials (optional)                  |  -> PBR materials data
|----------------------------------------|
| Extra Data (optional)                 |  -> Custom data
|----------------------------------------|

每个字段的具体字节长度会根据版本和具体实现有所不同，但这种二进制结构使得b3dm格式能够高效地存储大量数据。

如何生成b3dm文件

要生成一个b3dm文件，通常需要进行以下步骤：

模型转换：首先，需要将3D模型（如OBJ、FBX、GLTF等格式）转换为b3dm格式。TilesBuilder： TilesBuilder提供一个高效、兼容、优化的数据转换工具，一站式完成数据转换、数据发布、数据预览操作。可以帮助将GLTF模型转换为b3dm格式。
几何数据打包：转换过程中，工具会解析3D模型的几何数据（顶点、面片、法线等），并将它们压缩为二进制格式。这些几何数据会被打包成b3dm文件的一个部分。
材质和纹理处理：模型中的材质和纹理也会被转换为b3dm格式中适用的PBR材质数据。纹理图像会被嵌入文件或链接到外部资源。
生成批次和特征表：如果模型包含多个实例或有其他自定义属性，工具会创建批次表和特征表来管理这些信息。
文件输出：最后，所有数据会被组织成b3dm格式，并保存为一个二进制文件。

使用b3dm文件的工具

TilesBuilder： TilesBuilder提供一个高效、兼容、优化的数据转换工具，一站式完成数据转换、数据发布、数据预览操作。
CesiumJS：CesiumJS是一个开源的JavaScript库，用于浏览和可视化大规模3D地理数据。需要一定的代码能力
其他GIS工具：一些GIS和三维建模软件（如ArcGIS、Blender等）也支持生成或导入b3dm格式文件。

b3dm的优势

高效存储和传输：b3dm文件的二进制格式让其在存储和传输时更加紧凑，能够大幅度降低网络带宽消耗和加载时间。
支持大规模数据：通过3DTiles的分块机制，b3dm可以有效支持超大规模的三维模型和城市级别的数据集。
兼容性强：作为3DTiles标准的一部分，b3dm与其他类型的3D数据（如点云、纹理、光照等）能够无缝融合。
优化的渲染性能：支持PBR材质，使得渲染效果更加真实，适应不同光照条件下的表现。

总结

b3dm文件是3DTiles标准中的一种重要格式，专为大规模的三维模型设计，能够高效地存储、传输和渲染3D数据。它通过二进制结构优化了存储和加载性能，支持PBR材质和其他高级特性，并广泛应用于城市建模、虚拟地球、GIS等领域。随着技术的不断发展，b3dm有望在更多的应用场景中发挥更大的作用。