3dTile技术研究-概念详述（5）

上篇：3dTile技术研究-概念详述（4）

1. 空间数据结构（Spatial data structures）

3D Tiles包含Hierarchical Level of Detail (HLOD)的概念是为了优化渲染空间数据。一个tileset由一颗由root和children tiles递归构成的树组成，树可以被组织成不同的空间数据结构。

在运行时引擎是通用的，会渲染tileset定义的任何树。可以组合使用任意tile格式和细化方式（ refinement），为了更灵活的支持异构的数据集，详细参考Refinement。

一个tileset可以使用类似于栅格和矢量切片方案的2D空间切片方案（例如Web地图切片服务（WMTS）或XYZ方案），该二维空间切片方案以几个细节级别（或缩放级别）提供预定义的切片。但是，由于tileset的内容通常是不一致的，或者可能不容易仅在二维上组织，使用其它的空间数据结构可能是更优的。

下面包含的是一个关于3D Tiles如何表现多种空间数据结构的说明。

1.1 四叉树

当一个tile可以被细化分4个一致的children的时候，可以创建一颗四叉树，类似于典型的2D地理空间切片方案。空的child tiles可以被忽略。

经典的四叉树分割。

3D Tiles允许变化的四叉树，比如不规则分割的和紧密包围体（可以和规则的占parent tile空间25%的包围区域对比，显然对于稀疏的数据集来说这规则的是比较浪费的）。

由紧密包围每个child的空间体构成的四叉树。

比如，这是Canary Wharf的root tile和它的children。请注意左下角，这里的包围体没有包含左边的水，因为那里没有建筑物出现。

3D Tiles也允许其它变化的四叉树，比如宽松的四叉树，它的child tiles空间上有覆盖，但是仍然能够保证空间连贯性，也就是parent tile的包围盒完全包含它的所有的children内容。这个方法是很有用的，对于避免切割对象，比如3D 建筑，穿插的tiles。

上文也提过，3D Tiles是格式规范，它很多方面是宽松而灵活的，就像这里的空间树，并没有过多的要求，也没有要求是四叉树、八叉树还是其他什么树，仅仅是保证空间连贯性即可。

不规则的tile空间有覆盖的四叉树。

看下面，左边的是绿色的建筑物，右边的是粉色的建筑物。注意这里的tiles空间上相互覆盖了，这样就避免了2个绿色建筑物和1个粉色建筑物的切割。

1.2 K-d trees

当每个tile有两个被平行于x,y,z轴（或经度、纬度、高度）的切割面分割的children时，可以创建一颗k-d树。由于随着沿树级别的增加，拆分轴通常是循环旋转的，可以使用中位数拆分，表面积启发法或其它方法来选择拆分平面。

一个k-d树示例。注意这里是不规则分割的。

需要注意的是k-d树不像典型的2D地理空间瓦片方案那样是规则分割的，所以对于稀疏的和不规则分布的数据集来说，可以创建一颗更平衡的树。

3D Tiles允许变化的k-d树，比如multi-way k-d trees，在其中的每个叶子是沿着分割轴进行了多路分割。对于每个tile不是有两个children tiles的方案，取而代之的是有n个children tiles的方案。

1.3 八叉树

八叉树通过使用三个正交分割平面将tile分割为八个children来扩展四叉树。像四叉树一样，3D Tiles允许对八叉树进行变化，例如不均匀的分割，紧密的包围体和有重叠的children。

传统八叉树分割。

使用累加细化（additive refinement）的非均匀八叉树分割的点云。哥伦比亚大学机器人实验室的Peter Allen教授在法国Chappes的圣玛丽教堂的点云。由Alejandro Troccoli和Matei Ciocarlie扫描。

1.4 Grids

3D Tiles允许均匀的，非均匀的，有覆盖的网格以支持任意数量的child tiles。例如，这是一个Cambridge的非均匀，有覆盖的网格的俯视图。

 

1.5 其它

3D Tiles利用了空tiles：那些具有包围体但没有内容的Tile。由于不需要定义tile的content属性，因此可以通过分层剔除使用空的非叶tile来加速非均匀网格。本质上，这会创建一个四叉树或八叉树，而没有层次的详细信息（HLOD）。

2. 总结

采用什么空间结构的树都可以，只要保证空间连贯性即可，这也是3D Tiles数据加载机制所需要的，其它的根据实际情况，加以研究，选取自己适合的空间树结构，甚至是创造性的优化也可以，没准会被收录于3D Tiles规范，就像多路k-d树那样。

 

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3dTile技术研究-开篇

3dTile技术研究-概述

3dTile技术研究-概念详述（1）

3dTile技术研究-概念详述（2）

3dTile技术研究-概念详述（3）

3dTile技术研究-概念详述（4）