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1 可擴展的格式

繼承自 glTF 的可擴展性，3dTiles 在定義上也留下了可擴展的余地，包括但不局限于：優化幾何資料的存盤，擴展屬性資料等，

2 官方當前的兩種擴展

層級屬性
點云的 draco 壓縮

下面，將簡單介紹這兩個擴展，

3 以 “b3dm 型別的瓦片屬性資訊” 引入

b3dm 瓦片的屬性資訊寫在批次表（batchtable）中，b3dm 中每個獨立的模型，叫做 batch，（等價于要素表中的要素）這個概念引申自圖形編程，意思是“一次性向圖形處理器（GPU）發送的資料”，即批次，一個 b3dm 瓦片有多少個 batch（有多少個要素），是由要素表的 JSON 表頭中的 BATCH_LENGTH 屬性記錄的，

而批次表（batchtable）的每個屬性資料長度，都與這個 BATCH_LENGTH 相等，

以上是 03 篇與 04 篇的回顧，

批次表記錄屬性資料是有缺陷的，

第一，對字串、布林值等非數字型資料的支持較差，只能記錄在批次表JSON頭，二進制體無法記錄非數字型資料；
第二，也就是此擴展重點解決的問題，當 batch 之間存在邏輯分層、從屬關系時，如何記錄它們的層級屬性資料的問題

3.1 區分每一個頂點是誰

此小節需要對 glTF 格式規范比較熟悉，知道“頂點屬性”的概念，知道 WebGL 的幀快取技術，

b3dm 瓦片內置的 glTF 模型中，每個 primitive 的 attribute，也即頂點屬性中會加上一個新的屬性，與 POSITION、UV0 等并列，叫做 _BATCHID，

這樣，通過 _BATCHID，使用 WebGL 中的幀快取技術，在 FBO 上繪制 _BATCHID 的顏色附件，即可完成快速查詢，

要素表通過 BATCH_ID 訪問批次表里的屬性資料，幾何資料（glTF 中的 vertex）通過 _BATCHID 系結要素，

3.2 不同模型要素有不同的屬性怎么辦

假設有這么一塊空間范圍，歸屬在 0.b3dm 瓦片內，瓦片的 glTF 模型擁有兩個 BATCH，即兩個要素，為了方便觀察，不妨具象化：

空間范圍 = 一個停車場
BATCH1 = 充電樁
BATCH2 = 電動汽車

如下圖所示：

現在，我用一個簡單的 JSON 來描述這兩個要素的屬性資料：

{
  "Charger": {
    "Price": 0.5,
    "DeviceId": "abcdefg123"
  },
  "Car": {
    "Brand": "Tesla",
    "Owner": "Jacky"
  }
}

這樣的資料不符合原生批次表的存盤邏輯，即每個 batch 的屬性名稱應完全一致，

顯然，充電樁的 Price（就是單價）、DeviceId 和車子的 Brand（品牌）、Owner 并不是一樣的，

如果用這個擴展來表示，在批次表的 JSON 中將會是：

{
  "extensions": {
    "3DTILES_batch_table_hierarchy": {
      // ...
    }
  }
}

映入眼簾的是 extensions，它是一個 JSON，下面有一個 3DTILES_batch_table_hierarchy 的屬性，其值也是一個 JSON：

{
	"classes": [
    { /* ... */ },
    { /* ... */ }
  ],
  "instancesLength": 2,
  "classIds": [0, 1]
}

其中，classes 是描述每個分類的陣列，這里有充電樁類、電動汽車類，詳細展開電動汽車類：

[
  { /* 電動汽車類，略 */ },
  {
    "name": "Car",
    "length": 1,
    "instances": {
      "Brand": ["Tesla"],
      "Owner": ["Jacky"]
    }
  }
]

每個 class 就記錄了該類別下，所有模型要素的屬性值（此處是 Brand 和 Owner），以及有多少個模型要素（length 值，此處是 length = 1 輛車），

擴展：如果這個 b3dm 又多增加了一個電動汽車，那么這個 JSON 就應該變成下面的樣子了

{
  "name": "Car",
  "length": 2, // <- 變成 2
  "instances": {
    "Brand": ["Tesla", "Benz"], // <- 加一個值
    "Owner": ["Jacky", "Granger"] // <- 加一個值
  }
}

圖示：

3.2.1 屬性：3DTILES_batch_table_hierarchy.classes

classes 代表此 b3dm 內有多少個模型種類，這里有充電樁、汽車兩類，

3.2.2 屬性：3DTILES_batch_table_hierarchy.instancesLength

instancesLength 代表所有模型種類的數量和，這里每個種類都只有 1 個 batch（要素），加起來就是 2

instancesLength 和 b3dm 中要素表的 BATCH_LENGTH 并不是相等的，

當且僅當模型之間不構成邏輯層級時，這兩個數字才相等，顯然，此例中的 “充電樁”和“電動汽車”不構成邏輯分層、從屬關系，

有關這一條，在 3.3 小節中的層級關系會詳細展開，

3.2.3 屬性：3DTILES_batch_table_hierarchy.classIds

classIds 是一個 classId 陣列，每個陣列元素代表每個 batch 的 分類 id，若兩個 batch 是 classes 陣列中的某個 class，那么它倆的 classId 是一樣的，

這個陣列去重后的 id 數量，就等于 classes 陣列的長度，

例如，classIds: [0,0,0, 1,1]，有 0、1 兩個 classId，那么 classes 陣列的長度就應該是 2.

3.3 虛要素：由多個實際的要素構成的屬性

現在，換一個場景，假設有一塊空間，上面有墻模型要素、窗模型要素、門模型要素、屋頂模型、樓板模型要素共 5 類，每個分類有 1、2、1、1、1 個模型要素，即

1個墻模型要素
2個窗模型要素
1個門模型要素
1個屋頂模型要素
1個樓板模型要素

通過 3.2，很快得到擴展 JSON：

{
  "classes": [ /* 5個分類物件 */ 
    { "name": "Wall", /* length 和 intances 屬性值略 */ },
    { "name": "Window", /* length 和 intances 屬性值略 */ },
    { "name": "Door", /* length 和 intances 屬性值略 */ },
    { "name": "Roof", /* length 和 intances 屬性值略 */ },
    { "name": "Floor", /* length 和 intances 屬性值略 */ },
  ],
  "instancesLength": 6,
  "classIds": [0,1,1,2,3,4]
}

顯然，這 6 個模型要素可以構成一個屋子，此時，這 6 個模型要素并無邏輯資訊寫在 JSON 中，

那么，現在可以新增一個 class：

{
  "classes": [
    /* 同上，省略 5 個分類物件 */
    {
      "name": "House",
      "length": 1,
      "instances": {
        "HouseArea": [48.94]
      }
    }
  ],
  "instancesLength": 7, // <- 注意，變成 7 了
  "classIds": [0,1,1,2,3,4, 5] // <- 注意，多了個 Id
}

這個新增的 House class，它在 glTF 中并沒有對應的一個圖形資料，但是它確確實實就是存在的，由上面 6 個模型要素構成，且有它自己的屬性：HouseArea，房屋面積，其值是 48.94 平方米，

同時，因虛構出來一個模型要素，instancesLength 不得不加一個，且 classIds 也加了一個，

由此，不妨修改一下 instancesLength 的定義：classes 中各個 class 的 length 之和，

提問，此時要素表的 BATCH_LENGTH 與 instancesLength 一樣嗎？

表示從屬關系：屬性 3DTILES_batch_table_hierarchy.parentIds

為了表示 House 類與其他 5 類的關系，新增一個屬性與 classes、instancesLength、classIds 并列：

{
  /* 3DTILES_batch_table_hierarchy 三個屬性 classes、instancesLength、classIds，略前兩個 */
  "classIds": [0,1,1,2,3,4, 5],
  "parentIds": [6,6,6,6,6,6, 6]
}

parentId 是什么呢？

重復一下 3.3 的假設，一共 6 個物體模型要素：1個墻模型要素、2個窗模型要素、1個門模型要素、1個屋頂模型要素、1個樓板模型要素

那么，索引從 0 開始計算，第 2 個是窗模型要素，其 classId 是 classIds[2] = 1，其 parentId = parentIds[2] = 6，

現在，得到它的 parentId 是 6，從 classes 中的 class 挨個往下找，終于在 House 這個 class 找到了第 6 個模型要素（因為 0~5 被前 5 個 class 包了），

結論

parentId 是 classes 中記錄的所有模型要素的 順序序號，包括物體的模型要素，以及在本小節中提到的虛要素，即 House，

讀者應該注意到了，如果自身已經沒有 parent 了，即它已經是這個 b3dm 中邏輯層級最高的要素模型了，它的 parentId 就是它在 classes 中的順序號本身，

優缺點

優點：強大的可擴展性，理論上可以無限層級嵌套虛擬的要素屬性，十分適合 BIM 資料的構造，

缺點：不易讀寫，不適合 b3dm 的增減，難以修改，

4 再看 “pnts 瓦片的幾何壓縮” 擴展

和 glTF 的頂點屬性可以被 Google Draco 壓縮工具壓縮一樣，點云瓦片也支持了此壓縮工具，極大地降低了點云瓦片的體積，

pnts 中要素表的資料壓縮

這個瓦片比起上面那個就簡單多了，它位于 pnts 瓦片的要素表JSON頭中：

{ 	"POINTS_LENGTH": 20, // <- pnts 中有多少個點，這里有 20 個點  /* 其他 pnts 要素表屬性，略 */  "extensions": {    "3DTILES_draco_point_compression": {      "properties": {        "POSITION": 0,        "RGB": 1,        "BATCH_ID": 2      },      "byteOffset": 0,      "byteLength": 100    }  }}

它指示了 pnts 瓦片的 POSITION、RGB、BATCH_ID 三個資料位于要素表二進制塊中，從第 0 個位元組開始計，長度為 100 個位元組，讀取出來，把這 100 個位元組二進制資料交給 Draco 解碼器，就能解碼出來這 20 個點的對應資料，

目前，這個擴展功能僅支持壓縮 pnts 瓦片要素表中的 "POSITION"，"RGBA"，"RGB"，"NORMAL" 和"BATCH_ID" 資料，

被壓縮的資料，例如這里的 POSITION、RGB、BATCH_ID，它們的 byteLength 值一律為 0（原本是指的要素表二進制資料塊的位元組起始偏移量），

pnts 中批次表的屬性資訊壓縮

Draco 壓縮工具能壓縮的資料型別是數字，所以，批次表中的資料，也可以被壓縮，

假設，某 pnts 瓦片的批次表記錄了 Intensity、Classification 兩個點云的屬性資訊，它的批次表 JSON 如下所示：

{  "Intensity": {    "byteOffset": 0,    "type": "SCALAR",    "componentType": "UNSIGNED_BYTE"  },  "Classification": {    "byteOffset": 0,    "type": "SCALAR",    "componentType": "UNSIGNED_BYTE"  }}

顯然，兩個屬性資訊都是標量，數字型別均為無符號的位元組，那么，使用了 Draco 壓縮之后，批次表的 extensions 應寫為：

{
	"Intensity": { /* 略，見上 */ },
	"Classification": { /* 略，見上 */ },
	"extensions": {
		"3DTILES_draco_point_compression": {
			"properties": {
				"Intensity": 3,
				"Classification": 4
			}
		}
	}
}

注意

pnts 批次表的 3DTILES_draco_point_compression 擴展只需要 properties 屬性即可，不需要 byteLength 和 byteOffset，

究其原因，Cesium 團隊是將批次表二進制資料一并壓縮進了要素表二進制塊內，而且會把所有被壓縮的屬性，不管是要素表，還是批次表，的 byteOffset 均歸零，

回顧 pnts 瓦片的規范，若 pnts 瓦片內的點要進行 batch 分類，那么其分類資訊在要素表中就記錄得夠詳細了，全域的 BATCH_LENGTH、逐點的 BATCH_ID 足夠將未壓縮的批次表屬性資訊訪問出來，

5 即將到來的大變動

隱式瓦片
glTF 瓦片
元資料
...

精力有限，以后有可能的話專門出一個專題講解更新中的擴展項，

6 再談 extensions 和 extras

某個 extensions 用到的具體資料，如果不方便寫在 extensions 的 JSON 中，可以掛在 extras 中，

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標籤：GIS

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