Cesium 3DTileset詳解

一、概述

Cesium是一個基於WebGL、JavaScript和HTML5的開源虛擬地球（virtual globe）框架。在Cesium中，3DTileset是一種通過使用3D Tiles規範所描述的3D數據的集合，從而描繪出3D場景。3DTilesets廣泛應用於虛擬現實（VR）、增強現實（AR）、城市規劃和空間數據可視化領域。

二、3DTileset的構成和優勢

3DTileset結構是一個包含多個Tile的樹結構，每個Tile都有其自己的網格（geometry）、紋理（texture）和屬性（attributes）。在Cesium中，Tile主要是根據三維瓦片來描述的，某個位置的3DTileset被加載時，首先根據當前相機所在的位置和觀察方向決定優先加載哪些瓦片。

Cesium的3DTileset優勢在於其支持高效地渲染大規模模型，這個特性在需要加載較多的數據時將會非常有用。下面是一份使用3DTileset的JavaScript代碼。這個場景包含一個3D水管系統，連接了西北大學的各個建築之間的冷卻塔：

//加載3DTileset
var viewer = new Cesium.Viewer("cesiumContainer");
var tileset = viewer.scene.primitives.add(
  new Cesium.Cesium3DTileset({
    url: "https://gltf.czlt.net/bimtest7/tileset.json",
  })
);
var center = Cesium.Cartesian3.fromDegrees(
  -87.7098,
  41.8683,
  200
);
viewer.camera.lookAt(center, new Cesium.Cartesian3(0, 0, 200));
viewer.camera.lookAtTransform(
  Cesium.Matrix4.IDENTITY
);

//按下鼠標左鍵時，慣性運動停止
var scene = viewer.scene;
var handler = new Cesium.ScreenSpaceEventHandler(scene.canvas);
handler.setInputAction(function () {
  scene.screenSpaceCameraController.enableRotate = false;
}, Cesium.ScreenSpaceEventType.LEFT_DOWN);
handler.setInputAction(function () {
  scene.screenSpaceCameraController.enableRotate = true;
}, Cesium.ScreenSpaceEventType.LEFT_UP);
handler.setInputAction(function () {
  scene.screenSpaceCameraController.enableRotate = true;
}, Cesium.ScreenSpaceEventType.RIGHT_UP);

三、3DTileset的數據來源

3D Tilesets支持從不同的地圖源中讀取數據。目前，Cesium支持的瓦片來源內置為官方的3D Tileset集合，“3D Tiles Sample Data”，其中包括百度地圖的城市建築、希望之城等數據集。用戶也可以自行構建3DTileset，來展示自己的數據，比如分析遙感數據和地圖數據來進行3D可視化呈現等。

四、3DTileset面臨的挑戰

隨着3DTilesets的逐漸應用於大規模場景的3D可視化領域，構建高質量的3D Tilesets將成為數個完整的工作流程（workflows）的組合。而最大的挑戰在於多源數據的整合和構建，包括攝影測量數據、激光雷達數據和GIS數據等，都需要先轉換為3D Tilesets所需要的格式。因此，一個完整的工作流程至少包括以下部分：數據採集、數據存儲、數據預處理、數據整合和3DTileset模型的構建等環節。

在開發3DTilesets過程中，另外一個更加嚴峻的挑戰是提升數據可視化的速度和質量，以及對3D Tileset數據進行維護。具體而言，我們需要在保證數據保真性的前提下，進行數據的壓縮和優化，以減少網絡傳輸的時間和內存佔用。同時，在數據展示過程中，較少幾何模型的複雜度和計算負擔，以提高可視化的幀率和交互體驗。