3dTiles 数据规范详解[1] 介绍

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3dTiles系列博客最终目录:


Web中的三维

html5和webgl技术使得浏览器三维变成了可能。

巧妇难为无米之炊,三维数据(三维模型)是三维可视化重要的一环,事实上就是:三维数据众多,行业跨界广。

参考资料:http://www.bgteach.com/article/132

three.js的各种加载器实现了大部分通用三维格式的加载,屏蔽了格式不同的数据结构差异。

然而,这样还是不能满足日益增长的效果需求,比如场景一大,模型文件体积变大,解析所耗费的时间越来越长。

webgl,包括所有gpu有关的图形渲染编程,几乎只认这样的三维数据:顶点、顶点颜色、顶点法线、着色语言...

所以,三维图形界的通用格式:glTF应运而生,它面向终点,它按照图形编程所需的格式来存储数据,借以二进制编码提高传输速度。

它不再使用面向对象的思维存储三维模型、贴图纹理,而是按显卡的思维存储,存的是顶点、法线、顶点颜色等最基础的信息,只不过组织结构上进行了精心的设计。

它面向终点,就意味着可编辑性差,因为渲染性能的提高牺牲了可编辑性,它不再像3ds、dae甚至是max、skp一样容易编辑和转换。

事实上,大多数三维软件提供了glTF格式的转换,或多一步,或一步到位。

地理真三维

早年,地理的三维还处于地形三维上,即数字高程模型(DEM)提供地表的高度拉伸。栅格高程数据、等高线、不规则三角网等均是数字高程模型的具体案例。
下图是不规则三角网,也即所谓的三角面片(图形渲染中很常见):

随着学科的融合、计算机技术和硬件的更新换代,使得有模型、有细节的真三维融入到GIS中成为了可能,或者说,计算机技术和硬件的升级,给GIS以更广阔的视角观察世界。

cesium.js 号称是 webgl 封装的三维地理库,是支持 gltf 模型的加载的。

面对大规模精细三维数据的加载,还要照顾到GIS的各种坐标系统、分析计算,gltf这种单个模型的方案显得力不从心。

2016年,Cesium 团队借鉴传统2DGIS的地图规范——WMTS,借鉴图形学中的层次细节模型,打造出大规模的三维数据标准—— 3d-Tiles,中文译名:三维瓦片。

它在模型上利用了 gltf 渲染快的特点,对大规模的三维数据进行组织,包括层次细节模型、模型的属性数据、模型的层级数据等。

3dTiles的设计思想

3dTiles 继承了 gltf 的优点:贴合图形渲染 API 的逻辑,讨 GPU 喜爱,webgl 对其内部组织起来的三维模型数据,不需要转换,可以直接渲染(glTF 的功劳)。

关于 glTF 是如何嵌入到 3dTiles 中的,开篇不谈,后续精讲。

我们区分一组概念:规范和实现。

3dTiles 是一种规范,在规范的指导下,各种资源文件可以是独立存在于硬盘中的目录、文件,也可以以二进制形式写入数据库中。目前,3dTiles 的官方实现只有 “散列文件”,也就是文件、文件夹的形式存储在硬盘中,有关如何存储到数据库中的讨论,官方仍在进行中(截至发博客)。

glTF 也是一种规范,它的数据文件不一定就是后缀名为 .gltf 的文件,也不一定只有一个文件(glTF 的文件还可以是二进制文件、纹理贴图文件等,扯远了哈)。
在本文,会严格指明是数据还是数据标准,如果我说的是 “XXX文件(例如 Bird.glb 文件)” ,那就是在指特定的文件。

3dTiles还有一个特点:那就是不记录模型数据,只记录各级“Tile”的逻辑关系,以及“Tile”自己的属性信息。所谓的模型数据,是指三维模型的顶点、贴图材质、法线、颜色等信息。逻辑关系是指,各级Tile是如何在空间中保持连续的,LOD是如何组织的。属性信息就很简单啦,门有门的生产商,窗户有窗户的使用年限等,往大了说,建筑还有它自己的寿命、法人、施工单位等属性信息。

3dTiles的特点总结如下:

  • 三维模型使用了 glTF 规范,继承它的渲染高性能
  • 除了嵌入的 glTF,3dTiles 自己 只记录各级Tile的空间逻辑关系(如何构成整个3dtiles)和属性信息,以及模型与属性如何挂接在一起的信息

我觉得你还是云里雾里的,下一节将展示3dTiles具体数据,说说3dTiles的组织结构,说说3dTiles中的"Tile",也就是“三维瓦片数据”中的“瓦片”是什么。

posted @ 2020-06-15 00:22  四季留歌  阅读(9102)  评论(0编辑  收藏  举报