3dTiles 数据规范详解[4.1] b3dm瓦片二进制数据文件结构

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B3dm,Batched 3D Model,成批量的三维模型的意思。

倾斜摄影数据(例如osgb)、BIM数据(如rvt)、传统三维模型(如obj、dae、3dMax制作的模型等),均可创建此类瓦片。

瓦片文件二进制布局(文件结构)

① 文件头:占28字节(byte)

位于b3dm文件最开头的28个字节,是7个属性数据:

属性的官方名称 字节长 类型 含义
magic 4 string(或char[4]) 该瓦片文件的类型,在b3dm中是 "b3dm"
version 4 uint32 该瓦片的版本,目前限定是 1.
byteLength 4 uint32 该瓦片文件的文件大小,单位:byte
featureTableJSONByteLength 4 uint32 要素表的JSON文本(二进制形式)长度
featureTableBinaryByteLength 4 uint32 要素表的二进制数据长度
batchTableJSONByteLength 4 uint32 批量表的JSON文本(二进制形式)长度
batchTableBinaryByteLength 4 uint32 批量表的二进制数据长度

其中,

byteLength = 28 + featureTableJSONByteLength + featureTableBinaryByteLength + batchTableJSONByteLength + batchTableBinaryByteLength + glb的字节长度

② 要素表

回顾上篇,我说的是

要素表,记录的是整个瓦片渲染相关的数据,而不是渲染所需的数据。

那么,b3dm瓦片中的要素表会记录哪些数据呢?

全局属性

什么是全局属性?即对于瓦片每一个三维模型(或BATCH、要素)或者直接对当前瓦片有效的数据,在b3dm中,要素表有以下全局属性:

属性名 属性数据类型 属性描述 是否必须存在
BATCH_LENGTH uint32 当前瓦片文件内三维模型(BATCH、要素)的个数 yes
RTC_CENTER float32[3] 如果模型的坐标是相对坐标,那么相对坐标的中心即此 no

注意,如果glb模型并不需要属性数据,即要素表和批量表有可能是空表,那么 BATCH_LENGTH 的值应设为 0 .

*要素属性

对于每个模型(BATCH、要素)各自独立的数据。在b3dm中没有。

我们回忆一下要素表的定义:与渲染相关的数据。

b3dm瓦片与渲染相关的数据都在glb中了,所以b3dm并不需要存储每个模型各自独立的数据,即不存在要素属性。

在i3dm、pnts两种瓦片中,要素属性会非常多。

全局属性存在哪里?

全局属性存储在 要素表的JSON中,见下文:

JSON头部数据

由上图可知,文件头28字节数据之后是要素表,要素表前部是 长达 featureTableJSONByteLength 字节的二进制JSON文本,利用各种语言内置的API可以将这段二进制数据转换为字符串,然后解析为JSON对象。

例如,这里解析了一个b3dm文件的 要素表JSON:

{
    "BATCH_LENGTH": 4
}

那么,此b3dm瓦片就有4个模型(4个要素,或4个BATCH),其 batchId 是0、1、2、3.

要素表的二进制本体数据

无。

注:

当要素表的 JSON 数据以引用二进制体的方式出现时,数据才会记录在要素表的二进制本体数据中,此时JSON记录的是字节偏移量等信息。

但是在b3dm瓦片中,要素表只需要JSON就可以了,不需要自找麻烦再引用二进制数据,因为BATCH_LENGTHRTC_CENTER 都相对好记录,一个是数值,一个是3元素的数组。

在下面的要介绍批量表中,就会出现 JSON 数据引用二进制体的情况了。在 i3dm 和 pnts 瓦片中,要素表 JSON就会大量引用其二进制体。

③ 批量表

批量表记录的是每个模型的属性数据,以及扩展数据(扩展数据以后再谈)。

要素表和批量表唯一的联系就是 BATCH_LENGTH,在 i3dm 中叫 INSTANCE_LENGTH,在 pnts 中叫 POINTS_LENGTH

这很好理解,要素表记录了有多少个模型(BATCH、要素),那么批量表每个属性就有多少个值。

JSON头部数据

先上一份批量表的JSON看看:

{
    "height" : {
        "byteOffset" : 0,
        "componentType" : "FLOAT",
        "type" : "SCALAR"
    },   
    "geographic" : {
        "byteOffset" : 40,
        "componentType" : "DOUBLE",
        "type" : "VEC3"
    },
}

这个批量表的JSON有两个属性:heightgeographic,字面义即模型的高度值、地理坐标值。

height 属性通过其 componentType 指定数据的值类型为 FLOAT,通过其 type 指定数据的元素类型为 SCALAR(即标量)。

geographic 属性通过其 componentType 指定数据的的值类型是 DOUBLE,通过其 type 指定数据的元素类型为 VEC3(即3个double数字构成的三维向量)。

byteOffset ,即这个属性值在 二进制本体数据 中从哪个字节开始存储。

从上表可以看出,height 属性跨越 0 ~ 39 字节,一共40个字节。

通过 FeatureTableJSON 可以获取 BATCH_LENGTH 为10,那么就有10个模型,对应的,这 40 个字节就存储了10个 height 值,查相关资料得知,FLOAT类型的数据字节长度为 4,刚好 4 byte × 10 = 40 byte,即 height 属性的全部数据的总长。

geographic 属性也同理,VEC3 代表一个 geographic 有3个 DOUBLE 类型的数字,一个 DOUBLE 数值占 8byte,那么 geographic 一共数据总长是:

type × componentType × BATCH_LENGTH = 3 × 8byte × 10 = 240 byte.

事实上,两个属性的总长是 40 + 240 = 280 byte,与 b3dm 文件头中的第七个属性 batchTableBinaryByteLength = 280 是一致的。

二进制本体数据

二进制本体数据即批量表中每个属性的顺次存储。

能不能不写二进制本体数据?

可以。如果你觉得数据量比较小,可以直接把数据写在 BatchTableJSON 中,还是以上述两个数据为例:

{
    "height": [10.0, 20.0, 15.0, ...], // 太长了不写那么多,一共10个
    "geographic": [
        [113.42, 23.10, 102.1],
        [111.08, 22.98, 24.94],
    	// 太长不写
    ]
}

但是,读者请一定注意这一点:同样是一个数字,二进制的JSON文本大多数时候体积会比二进制数据大。因为JSON文本还包括括号、逗号、冒号等JSON文本必须的符号。对于属性数据相当大的情况,建议使用 JSON引用二进制本体数据的组织形式,此时JSON充当的角色是元数据。

注意:对于属性的值类型是 JSON 中的 object、string、bool 类型,则必须存于 JSON 中,因为二进制体只能存 标量、234维向量四种类型的数字数据。

④ 内嵌的glb

本部分略,对glb数据感兴趣的读者可自行查阅 glTF 数据规范。

关于两大数据表如何与glb每一个顶点进行关联的,在前篇也有简略介绍。可以参考官方的说明:

https://github.com/CesiumGS/3d-tiles/tree/master/specification/TileFormats/Batched3DModel#binary-gltf

⑤ 字节对齐与编码端序

JSON二进制文本对齐

FeatureTableJSON、BatchTableJSON的二进制文本,最后一个字节相对于整个b3dm文件来说,偏移量必须是8的倍数。

如果不对齐,必须用二进制空格(即 0x20)填够。

你问我为啥不对起始偏移量也要求 8byte 对齐?因为 FeatureTableJSON 之前是28byte的 文件头,为了凑齐8倍数对齐,文件头和 FeatureTableJSON 还要塞4个字节填满,那就有点多余了。

末尾对齐,即 (28 + ftJSON长)能整除8,(28 + ftTable长 + btJSON长)能整除8.

数据体的起始、末尾对齐

二进制数据体,无论是要素表、批量表,首个字节相对于b3dm文件的字节偏移量,必须是8的倍数,结束字节的字节偏移量,也必须是8的倍数。

如果不满足,可以填充任意数据字节满足此要求。

特别的,二进制数据体中,每一个属性值的第一个数值的第一个字节的偏移量,相对于整个b3dm文件,必须是其 componentType 的倍数,如果不满足,则必须用空白字节填满。

例如,上述 height 属性所在的批量表二进制数据体,理所当然位于批量表JSON之后,而批量表的JSON又是8byte对齐的,假设批量表的数据体起始字节是800,那么 height 的第一个值起始字节就是 800,由于 height 属性的 componentType 是 FLOAT,即 4字节,800 ÷ 4 能整除,所以没有问题。

但是,假如 换一个属性,其 componentType 是 BYTE,即 1字节,那么假设第二个属性的 componentType 是 DOUBLE,即 8字节,就会出现 第二个属性的第一个值起始偏移量是810,810 ÷ 8 并不能整除,必须补齐 6个空白字节,以满足第二个属性第一个值的起始偏移量是 810+6 = 816字节。

编码端序

要素表、批量表的二进制数据,无论是JSON还是数据体,均使用小端序编码(LittleEndian)。

⑥ 扩展数据(extensions)与额外补充信息(extras)

其实,无论是要素表,还是批量表,都允许在JSON中存在扩展数据,以扩充当前瓦片模型的功能,而并不是单一的一个一个模型顺次存储在瓦片文件、glb中。

有关扩展数据,在以后会专门出一篇博客介绍。

posted @ 2020-07-13 00:46  秋意正寒  阅读(244)  评论(0编辑  收藏