Cesium原理篇：3D Tiles（1）渲染调度

      Cesium在2016年3月份左右推出3D Tiles数据规范，在glTF基础上提供了LOD能力，定位就是Web环境下海量三维模型数据。虽然目前3D Tiles还是Beta阶段，有不少硬伤，但3D Tiles数据规范于2016年9月30日开始了OGC标准化进程，积极成分还是很大。

      之前的glTF时分享了个人对二进制格式的一些想法和谨慎的态度。3D Tiles简单说就是具备LOD能力的glTF。有了数据首先是提供API可以渲染，保证用起来，下一步就要了解该数据规范的具体特点，比如倾斜，矢量，点云，OSM等支持情况，项目实施和风险评估等。最后，作为一个数据规范，从数据生产到深层次应用，需要时间沉淀出完善丰富的解决方案。

      本文主要集中在渲染调度层面。看完本文可能会觉得思路很简单。在实际应用中有很多细节，比如浏览时各种操作的差异，并发量，内存和显存管理，异步传输和Workers线程等等各种调优。思路简单，但要把这些小细节打磨好就不容易了。本文只讲诗和远方，鞋里的沙子自己来处理吧。

 

      先看看如何加载3D Tiles数据，如上所示，Cesium提供了Cesium3DTileset类来管理，主要负责Tile的调度。在Cesium中，3DTiles就相当于一个Primitive的位置。

3D Tile表述

      当我们创建一个Cesium3DTileset后，每一个Tile对应一个Cesium3DTile。如上根节点是root，content是根节点对应的文件名，这里是parent.b3dm，四个子节点，子节点对应的文件名分别为ll.b3dm……。

      如上，在获取JSON对象后，首先创建rootTile根节点，然后在while循环中，以广度优先的方式遍历这个树，每个节点都有一个parentTile属性绑定父节点（根节点除外），同时有一个children数组，保存该节点对应的所有子节点。

      这样，在初始化阶段，Cesium3DTileset中就保存了该3DTiles树上的所有节点及关联，当然此时只是属性信息，并没有加载数据内容，所以内存上还是可以接受。这就相当于我们读书，都会先看这本书的目录，了解一个大概。但个人认为，第一，没必要，实际上只需要找到根节点，下面按需顺藤摸瓜就可以（JSON在搜索节点上很麻烦）；第二，如果数据量很大的情况下，初次加载全部节点是一个性能瓶颈。这是3D Tiles目前设计上的不足。

       Cesium3DTile中通过一个简单的Cesium3DTileContentFactory工厂模式，目前主要提供四种类型。根据当前数据的具体类型(Type)来创建对应的内容(Content)，本篇不涉及这块。初始化结束后，和之前glTF或primitive一样，基于状态的驱动流程：

      如上是调度管理的逻辑，四个函数的作用大概如下：

• processTiles

  • 处理Tile对应的DrawCommand状态，判断一些半透明等渲染顺序

• selectTiles

  • 请求具体的b3dm数据，不同Type根据对应的类来完成数据的下载，根据LOD策略决定哪些Tile进入渲染队列。

• updateTiles

  • 当前帧状态下遍历这棵树，调用该Tile对应的Model::update，完成数据的解析最终构造出DrawCommand

• unloadTiles

  • 判断当前Tiles数目是否超过上限，卸载多余的Tile

      在selectTiles函数中，首先是下载Tile对应的数据内容（b3dm后缀），通过contentUnloaded标识来判断，如果根节点的数据还没有下载，则request，然后返回。

      一个简单的request，里面的信息量其实也不小，调用对应Cesium3DTile和Content对应的request来下载数据，这这里Cesium专门封装了一个RequestScheduler类来管理并发，我们最后在介绍这个。这里注意，当该数据下载完成后，则添加到两个队列：processQueue和removeQueue。

      在Key2中，就是一个LOD策略的实现，上图给出了追加的逻辑注释。Cesium目前支持两种方式Add追加和Replace替换两种方式。Add方式较为简单，是Tiles求并的思路，而Replace是覆盖的思路，较为复杂，因为要控制父子节点直接的可见不可见，从代码来看，Cesium在这一块处理的比较简单，应该会出现闪烁的效果，不知道是否有人可以证实这个推测是否正确？

      UpdateTiles看上去就比较简单了，指定具体的Content..update，这个过程就是之前Pimitive和Model对应的update。

      对于可以卸载的Tile，则满足条件后调用unloadContent，但个人觉得这块设计的还是有些疑虑。首先，设计的很不错，从Content到BatchTable，到Model,以及Texture都提供了destory方法，但纹理还是应该提供纹理管理器的概念，解决重用纹理的释放。

      让我学到的一点就是RequestScheduler类，大概思路是规定每次并发的最大请求数，每一帧收集下载请求但并不发送该请求，在下一帧对请求队列排序（相机远近），然后再发送。实现的很巧妙，方便管理。毕竟在海量数据下，有这样一个Manager来控制是很有必要的。

      问题比较大的地方是删除上（因为没有大数据测试，仅从代码逻辑猜测）。第一，update和select两个都是异步或者workers线程机制，在数据量比较大的情况下会有内存泄漏。第二，Replace队列无脑删除，并不是根据当前的范围和LOD，这个在设计上是一个很大的缺陷，只考虑了可见不可见，但没有优化删除策略。

      总体来说，作为一个开源项目，3D Tiles迈出了很坚实的一步，数据规范设计的很优雅，基于glTF也降低了学习成本。同时Cesium提供了渲染3D Tiles的接口，稍显不足的就是还没有成熟的，免费的数据生成工具，可以从osg转为3d tiles，这是目前最大的瓶颈。简单说，Cesium目前提供了基本技术和规范，但并没有提供完整的解决方案，同时还缺少基于3D Tiles的丰富的扩展和应用。当然，我们不能对一个开源项目要求苛刻，而且我相信，也希望Cesium后续后慢慢完善，前面把路走踏实了，慢一点都可以接受，路遥知马力，踏踏实实做事情方能立本，本立而道生，在这个物欲横流的世界，这么简单的道理，其实并不简单。