3DTiles之i3dm介绍

3D Tiles 是一种用于高效存储和传输三维城市、建筑、地形、点云等空间数据的开放标准格式。i3dm（Intel 3D Model）是 3D Tiles 中用于表示三维模型（如建筑物或其他对象）的一个子格式。i3dm 格式的出现，解决了大规模三维城市数据传输和渲染的性能瓶颈问题，使得开发者能够更加高效地展示和处理这些复杂的三维数据。

本文将详细介绍 i3dm 格式的基本结构、特性、应用场景以及与其他 3D Tiles 格式的关系。

一、i3dm 格式概述

i3dm 是 3D Tiles 标准中用于存储带有纹理、材质和网格的三维模型数据的格式。它的主要设计目标是支持城市规模的大型三维模型数据，特别是包括纹理贴图、材质属性以及复杂几何体的三维模型。

在 i3dm 格式中，三维模型通常由多个几何体（如建筑物、树木等）组成，每个几何体包含顶点数据、索引数据、法线、纹理坐标、颜色等信息。这些几何体数据可以通过一个压缩的二进制文件进行存储和传输，从而减少存储空间并提高加载速度。

二、i3dm 的结构与组成

i3dm 文件是基于 glTF（GL Transmission Format）格式构建的，并且通常以 .i3dm 文件扩展名保存。i3dm 格式遵循 3D Tiles 的二进制标准，文件结构包括以下几个主要部分：

1. Header（头部）
   i3dm 文件的开头是一个头部，包含了文件的元数据，包括版本号、文件大小等基本信息。

2. JSON Metadata（JSON 元数据）
   JSON 数据部分包含了关于三维模型的相关描述，包括每个对象的材质、纹理、几何体等信息。i3dm 格式的 JSON 数据通常用于描述模型中的对象层次结构、属性以及如何对纹理和材质进行应用。

3. Batched Meshes（批量网格）
   i3dm 中的几何体数据通常按批次（batch）进行组织。每个批次包含一组共享相同材质的网格数据。在每个批次中，包含顶点坐标、法线、纹理坐标、颜色等信息。

4. Textures（纹理）
   i3dm 支持通过贴图纹理来渲染模型的表面。纹理数据通常会被打包到文件中，并与相应的几何体数据相绑定。i3dm 文件通常包含多个纹理图像，支持不同格式的图像，如 PNG 或 JPEG。

5. Point Cloud（点云）
   在 i3dm 中，点云数据可以与模型数据一起存储，尤其在需要处理建筑物外立面或地形的细节时，点云数据可以为模型提供更多的细节。

三、i3dm 的特性

1. 高效的空间数据存储与传输
   i3dm 格式的设计考虑了数据压缩和传输效率，能够有效地存储大规模的三维数据集。在数据传输过程中，i3dm 文件支持分块加载，只有需要的部分会被加载到内存中，从而提高了效率。

2. 支持多种纹理和材质
   i3dm 支持多种类型的纹理，包括颜色贴图、法线贴图、反射贴图等，使得它在表现复杂模型时非常有优势。通过 JSON 元数据，开发者可以灵活控制每个模型的材质特性，赋予不同的物理特性。

3. 与 glTF 格式兼容
   由于 i3dm 是基于 glTF 格式构建的，它能够兼容 glTF 的许多功能和特性。开发者可以直接使用 glTF 中的工具和库来处理 i3dm 文件，使得 i3dm 在现有的 3D 渲染引擎和平台中具有广泛的兼容性。

4. 多级细节（LOD）支持
   i3dm 支持多级细节（LOD）技术，在远距离时显示低细节模型，近距离时才加载高细节模型。这种机制极大地提高了渲染性能，尤其是在大规模的三维城市或地理数据展示中尤为重要。

5. 支持点云数据
   i3dm 可以存储和传输点云数据，适用于包括激光扫描数据在内的各种来源的点云信息。这对于处理复杂的地形、建筑外立面等数据非常有用。

四、如何生成 i3dm 文件

生成 i3dm 文件通常需要使用一些专业的工具和流程。以下是一个常见的生成步骤：

1. 准备三维模型数据
   首先，您需要准备一个符合 i3dm 格式要求的三维模型数据。这些模型可以是建筑物、城市设施或者任何您希望进行可视化的三维对象。通常，您需要确保模型数据是具有良好几何体和材质的。

2. 使用专业工具进行转换
   生成 i3dm 文件最常用的方法是使用 TilesBuilder 等工具来完成数据的转换。TilesBuilder 是一个高效、兼容、优化的数据转换工具，支持将GLB数据转换为 i3dm 格式。该工具不仅能转换模型文件，还能进行数据发布、预览等操作，极大简化了 i3dm 文件的生成过程。

   • TilesBuilder：TilesBuilder 提供了一个高效的、一站式数据处理平台，可以轻松将各种三维数据转换为 i3dm 格式，并支持生成多级细节（LOD）数据。您可以通过简单的操作完成数据转换和发布，极大提高了工作效率。
   • 

3. 发布与可视化
   一旦 i3dm 文件生成完成，您就可以通过支持 3D Tiles 的平台（如 Cesium、TilesBuilder 等）进行数据发布和可视化。开发者可以利用这些工具提供的 API，进行三维数据的加载、渲染和交互操作。

五、i3dm 的应用场景

1. 城市建模与可视化
   i3dm 格式非常适合用于三维城市建模和可视化。通过 i3dm 格式，城市的建筑、道路、绿地、交通设施等元素都可以被高效地表示并在 Web 或桌面应用程序中呈现，供用户进行交互式浏览。

2. 地理信息系统（GIS）
   i3dm 格式可以与地理信息系统（GIS）结合使用，支持地形数据、建筑物外立面、城市设施等的可视化。通过与 GIS 数据的集成，开发者能够创建更加直观的空间数据展示平台。

3. 虚拟现实（VR）和增强现实（AR）
   在 VR 和 AR 应用中，i3dm 格式可以提供高效的三维模型加载和渲染，支持复杂的交互操作。i3dm 的高效传输和渲染特性使得它成为了构建沉浸式虚拟世界的理想选择。

4. 建筑信息建模（BIM）
   i3dm 格式也可用于建筑信息建模（BIM）领域，帮助实现建筑设计、施工管理以及建筑物生命周期管理的三维可视化。这对于建筑师、工程师和其他相关人员来说，是一种非常直观的工作方式。

六、i3dm 与其他 3D Tiles 格式的比较

3D Tiles 标准包括了多种格式，每种格式都有其特定的应用场景。除了 i3dm，3D Tiles 还包括以下几种常见格式：

• b3dm（Batched 3D Models）：b3dm 格式用于表示大量的三维模型，通常用于处理复杂的几何体和批量网格。与 i3dm 相比，b3dm 主要关注模型的几何体数据，而不涉及纹理和材质的详细描述。

• pnts（Point Cloud）：pnts 格式专门用于存储点云数据，适用于处理从激光雷达或其他传感器获取的点云数据。

• tileset.json：这是 3D Tiles 的核心文件，它包含了整个场景的数据结构和加载规则，是所有 3D Tiles 文件的总入口。

相比之下，i3dm 格式具有更加丰富的材质和纹理支持，非常适合那些需要高度还原现实世界外观的三维模型展示场景，尤其是在处理建筑物和城市模型时。

七、总结

i3dm 格式

是 3D Tiles 的重要子集，专门设计用于存储和传输带有纹理和材质的三维模型。它不仅能够提高大规模三维城市和建筑数据的加载效率，而且能够支持多级细节和复杂的点云数据展示。随着城市建模、虚拟现实、地理信息系统等领域的发展，i3dm 格式将继续发挥其在高效三维可视化中的重要作用。

通过 i3dm 和 3D Tiles 的结合，开发者可以构建高效、直观的三维数据展示平台，为用户提供更流畅的体验和更丰富的交互功能。