3D Tiles解析：OGC、开放标准、Cesium与开放 3D 数据

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如果你曾经尝试在浏览器中加载一个大型城市或基础设施项目的3D模型，你就会知道那种痛苦：长时间加载、导航卡顿，有时还会浏览器崩溃。这正是3D瓦片设计的目的所在。它们使得在线流畅地传输庞大且详尽的3D数据集成为可能。

在本文中，我将解析3D Tiles到底是什么，它们是如何产生的，像开放地理空间联盟（OGC）这样的标准的作用，以及像Cesium这样的工具如何使其在现实世界中变得可用。我还会谈谈开放3D数据以及未来的发展方向。

什么是3D Tiles？

3D Tiles是一种设计用于通过网络传输 3D 地理空间内容的格式。它们让你能够以性能良好的方式展示大型数据集，比如摄影测量模型、激光雷达点云和BIM数据。3D Tiles 不是一次性加载所有数据，而是将数据拆分成更小的块（瓦片），只加载你需要的部分。

这有点像谷歌地图只加载你正在看的地图部分。如果你平移或缩放，新的瓦片会加载进来。想法一样，但用的是完整的3D模型。

 

 

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为什么需要他们

在3D瓷砖之前，大多数3D格式是针对单个物体（如汽车或建筑物）设计的，而非整个城市或景观。像OBJ或COLLADA这样的格式并不是为流媒体处理大规模地理空间数据集而设计的。你必须事先下载整个文件，但当你使用从无人机或卫星捕捉的真实环境时，这种规模是无法扩展的。

多年前我们开始尝试矿区的摄影测量时，经常遇到这个问题。模型漂亮，性能糟糕。3D Tiles改变了这一点。它们使得在线分享和探索大型3D场景变得可行，无需高端硬件。

Cesium与3D Tiles的起源

3D Tiles 由 Cesium 团队创建，Cesium 是一个开源的 3D 地理空间应用平台。他们需要一种高效地提供海量 3D 数据集的方法，于是决定从零开始构建一种新格式。这就是 3D Tiles。

他们的JavaScript引擎CesiumJS就是为显示这类内容而构建的。后来，Cesium Ion使用户更容易上传和转换自己的数据到3D磁贴。Cesium开源了该格式，并倡导将其作为标准，促使OGC介入。

什么是OGC，为什么重要？

开放地理空间联盟（OGC）是地理空间技术的国际标准机构。如果你使用过GeoTIFF、WMS或GeoJSON等格式，OGC很可能在塑造这些格式中起到了作用。

OGC认可了3D瓷砖的价值，并将其定为官方社区标准。这很重要，因为它有助于确保工具之间的互作性。简单来说，如果你以3D磁贴形式发布数据，它在不同平台和软件上运行的可能性会更大。如果你想避免厂商锁定或需要与其他系统集成，这点非常重要。

幕后解析：3D Tiles的工作原理

从技术层面讲，3D Tiles数据集由一个tileset.json文件（定义结构）和一堆瓷砖文件组成。这些牌块可能包含：

• B3DM用于3D模型，比如建筑物
• 点云的PNTS
• I3DM用于实例化特征，比如树木或路灯
• GLTF/GLB 用于通用三维几何

图块集定义了这些部分如何相互连接。它使用包围体积来定义哪个瓦片覆盖哪个区域和细节层级（LoD），根据你的摄像机位置决定加载哪个版本的瓦片。如果拉远，会出现细节较差的瓷砖。放大后，高细节加载是动态的。

这种层级结构正是它可扩展性的关键。你永远不需要一次性加载整个数据集。

3D Tiles的现实应用

我们看到3D Tiles被广泛应用于各种行业：

• 智慧城市：城市基础设施的数字孪生
• 采矿与能源：利用摄影测量或激光雷达模型进行远程场地规划
• 交通与公用事业：仿生铁路或电力线路等走廊
• 旅游与文化：博物馆、遗产遗址或徒步游的在线体验

我们的一位客户利用3D瓷砖可视化国家公园内无人机捕捉电力传输走廊的画面。能够流式传输这些数据并与计划中的升级叠加，彻底改变了他们审核和审批工作的方式。

 

 

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使用三维瓷砖在铯离子中观察的城市摄影测量模型

铯之外的3D Tiles

尽管Cesium率先开创了这一格式，但3D瓷砖现已在越来越多的平台上得到支持。你会找到Unity、Unreal Engine甚至一些GIS平台的插件或工具。有些用户如果需要更广泛的兼容性，也会把3D Tiles转换成GLTF，但这会失去LoD层级和空间索引。

话虽如此，采用率仍在增长。虽然Cesium支持度最高，但开放标准有助于确保其他平台能够赶上或自行构建实现。

开放三维数据的承诺

3D Tiles在开放数据集上表现非常好。Cesium本身发布了像这样的免费图块集。一些政府也开始以3D瓷砖形式发布激光雷达扫描和摄影测量。

 

 

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OpenStreetMap 建筑是一个免费的3D图块集

这带来了许多机遇：更好地让公众能够获取城市数据，规划团队之间更容易协作，以及新的教育或研究工具。这也是我们开发Swyvl支持3D Tiles的原因之一——因为它们让将各种空间数据集中到一个地方变得更容易，无需专有格式。

需要注意的挑战

没有万能的解决方案，3D瓷砖也不例外。以下是一些需要注意的事项：

• 这个规格很强大，但并不总是适合新手
• 文件大小仍然可能很大，具体取决于源数据
• 托管需要良好的基础设施，尤其是处理大量数据集时
• 观众支持正在改善，但除了铯之外仍然不均衡

我们曾与客户合作，他们需要将Revit文件、无人机模型和点云转换为3D瓷砖。每个人都需要不同的工具或工作流程，而且很少能一键完成。

3D Tiles 的下一步是什么？

该标准仍在不断演变。3D Tiles 1.1带来了更好的元数据支持和其他改进。越来越多的开源工具正在涌现，用于生成和托管图块集。与游戏引擎的整合正在不断提升，尤其是随着数字孪生和沉浸式体验的普及。

随着生态系统的成熟，我们很可能会看到开源社区、标准机构和行业平台之间的更多合作。如果你想让3D工作流程更未来，这是个好消息。

收官

如果你处理的是大规模三维数据——无论是摄影测量、点云、BIM模型还是任何空间数据集——3D Tiles可能值得学习。这不是最容易入门的形式，但如果你需要分享或可视化复杂的环境，回报非常大。

想看看3D Tiles实际效果如何？我们已经开始在Swyvl中支持它们，这样你可以把它们放在地图上，紧邻你的360照片、静态照片和3D模型。这是一种无需定制软件即可整合不同类型空间数据的好方法。

如果你想试试，或者对将自己的数据转换成3D瓷砖有疑问，随时告诉我。很高兴能帮上忙，我们在Swyvl帮助中心还有一些额外资源，包括逐步指导如何从Reality Capture导出你的3D图块集。

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