3DTiles 1.0 数据规范详解[1] 介绍

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。

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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。

20

16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。