Dit hoofdstuk geeft een beschrijving van de belangrijkste onderdelen van de OGC 3D Tiles standaard.
De OGC 3D Tiles-standaard is een set regels voor het organiseren en visualiseren van 3D-gegevens. Het vertelt ons hoe tegelsets, die informatie over de locatie, details en uiterlijk van de gegevens bevatten, moeten worden opgebouwd. Deze tegelsets zijn gestapeld op elkaar en worden slim gebruikt om gegevens op verschillende gedetailleerde niveaus weer te geven. Bovendien definieert de standaard de ondersteuning voor verschillende gegevenstypen, waaronder geometrie, texturen en metadata, en biedt het richtlijnen voor mediatypes en encoding.
Naast het tegelsetformaat omvat de standaard specificaties voor het beheren van ruimtelijke queries, zoals het bepalen van de zichtbaarheid van tegels op basis van hun geometrische fout en het dynamisch laden van tegels op basis van de kijkafstand van de gebruiker. Ook biedt het richtlijnen voor implementatiedetails, zoals het gebruik van UTF-8-encoding voor JSON-bestanden en unieke sleutels voor eigenschappen binnen JSON-objecten.
In 3D Tiles verwijst een tegelset (tileset) naar een verzameling tegels georganiseerd binnen een ruimtelijke gegevensstructuur, vertegenwoordigd door een boom. Elke tegelset wordt beschreven door minstens één JSON-bestand met metadata en een hiërarchie van tegelobjecten, waarvan elke tegel renderbare inhoud kan bevatten.
graph LR;
data{3D Tiles} --> tileset.json;
tileset.json --> 1.0
tileset.json --> 1.1
1.0 --> b3dm
1.0 --> cmpt
1.0 --> pnts
1.0 --> i3dm
1.1 --> shp("glTF 2.0")
b3dm --> shp("glTF 2.0")
i3dm --> shp("glTF 2.0")
Het primaire tegelformaat voor 3D Tiles is glTF 2.0, een open specificatie ontworpen voor efficiënte transmissie en laden van 3D-inhoud. Dit formaat omvat geometrie, textuurinformatie en kan worden uitgebreid met metadata, model-instanciëring en compressie. Het ondersteunt verschillende soorten 3D-inhoud zoals 3D-modellen (figuur 9) en puntenwolken.
3D model van een huis in glTF 2.0 formaat
Naast glTF ondersteunt 3D Tiles ook de volgende tegelformaten:
1. Batched 3D Model (b3dm): Dit formaat wordt gebruikt voor heterogene 3D-modellen.
2. Instanced 3D Model (i3dm): Gebruikt voor het instanceren van 3D-modellen, zoals bomen, windmolens, en bouten.
3. Point Cloud (pnts): Voor het weergeven van grote aantallen punten in een puntenwolk.
4. Composite (cmpt): Hiermee kunnen tegels van verschillende formaten worden samengevoegd tot één tegel.
Het 3D Tiles-bestandsformaat gebruikt verschillende mediatypes en encoding, zie onderstaande tabel.
| Extensie | Media Type | Toepassing |
|---|---|---|
| .json | application/json | tegelset-, metagegevensschema-, tegelsetstijl- en JSON-subtree-bestanden |
| .subtree | application/octet-stream | binaire subtree-bestanden |
| .bin | application/octet-stream | binaire bufferbestanden |
JSON-bestanden gebruiken UTF-8-encoding zonder BOM, met ASCII-tekenreeks-charset en unieke sleutels; niet-ASCII-tekens worden geëscapet volgens RFC 8259, Sectie 6.
In een 3D-omgeving worden tegels georganiseerd in een boomstructuur, waarbij elke tegel verschillende niveaus van detail vertegenwoordigt om te bepalen hoe gedetailleerd een tegel moet worden weergegeven. Deze tegelsets zijn verzamelingen van tegels die samen een groter oppervlak vormen, terwijl kindertegels kleinere tegels binnen een grotere tegel zijn die helpen bij het opbouwen van gedetailleerde structuren.
De geometrische fout van een tegel vertelt ons hoe nauwkeurig de vorm van die tegel overeenkomt met het originele object, gemeten in meters.
Bij het bekijken van een 3D-scène op een apparaat, wordt de geometrische fout van elke tegel geëvalueerd. Als de fout binnen een aanvaardbaar bereik ligt, wordt de tegel getoond. Als de fout te groot is, wat betekent dat de tegel niet gedetailleerd genoeg is, wordt de tegel verfijnd door gedetailleerdere kindertegels te laden en te tonen.
De grootte van de fout (geometric error) hangt af van hoe belangrijk het is om de details van het object nauwkeurig weer te geven (figuur 10). Een hogere fout betekent dat het programma eerder beslist om de tegel te verfijnen en de details weer te geven.
Geometric error gedefinieerd in tileset.json, voor panden met verschillend detail niveau
Implicit tiling in 3D Tiles is een methode om 3D-gegevens op een gestructureerde en efficiënte manier te organiseren. Het verdeelt de gegevens in een regelmatig patroon van tegels, vergelijkbaar met hoe een mozaïek is opgebouwd. Hierdoor kunnen gebruikers snel en eenvoudig specifieke tegels identificeren en benaderen, wat vooral handig is bij het werken met grote 3D-omgevingen. Explicit tiling daarentegen is een techniek waarbij een oppervlak wordt bedekt met vooraf gedefinieerde tegels, in plaats van tegels die dynamisch worden gegenereerd.
Implicit tiling vereenvoudigt quadtrees en octrees in 3D Tiles, waardoor snelle toegang mogelijk is via tegelcoördinaten. Dit verbetert ruimtelijke queries, doorloopalgoritmen en updates van tegels.
Bovendien maakt implicit tiling betere interoperabiliteit mogelijk met bestaande GIS-gegevensformaten met impliciet gedefinieerde tegelindelingen, zoals TMS, WMTS, S2 en CDB.
Om grote hoeveelheden gegevens efficiënt te beheren, worden tegels gecreëerd en georganiseerd op basis van bijbehorende metadata. Bij zeer omvangrijke datasets wordt deze metadata opgedeeld en verdeeld in subtrees met een vast formaat. Deze subtrees bevatten informatie over welke tegels aanwezig zijn en welke inhoud ze bevatten, waardoor het beheer van de dataset geoptimaliseerd wordt.
Een implicitTiling-object kan worden toegevoegd aan tegels in het JSON-bestand van de tegelset. Hiermee wordt bepaald hoe de tegel wordt verdeeld en waar inhoud is opgeslagen. Het kan aan meerdere tegels worden toegevoegd voor complexere indelingen. De implementatie van deze tegels omvat details zoals verschillende verdeelschema's, strategieën voor verfijning en toegang tot inhoud.
De OGC 3D Tiles specificaties beschrijven uitgebreide metadata om 3D-tiles efficiënt te beheren en weer te geven. Deze metadata omvat diverse aspecten zoals:
-
Geografische locatie: Informatie over de precieze positie van een tegel in een geografisch coördinatensysteem. Dit kan details bevatten zoals de noord-, zuid-, oost- en westgrenzen van de tegel.
-
Schaal en resolutie: Details over de schaal en resolutie van de tegel, die aangeven hoe gedetailleerd de informatie binnen de tegel is. Dit helpt bij het selecteren van de juiste tegels voor verschillende zoomniveaus.
-
Niveaus van detail (LOD): Informatie over de verschillende niveaus van detail die binnen een tegel beschikbaar zijn, waardoor systemen kunnen kiezen hoe gedetailleerd ze een gebied weergeven op basis van de beschikbare resources en de benodigde nauwkeurigheid.
-
Relaties tussen tegels: Metadata die de hiërarchie en relaties tussen tegels beschrijft, zoals ouder-kind-relaties tussen grotere tegels en hun kleinere kindertegels. Dit helpt bij het efficiënte beheer van tegels en het navigeren door de tegelstructuur.
-
Tegel identificatie: Unieke aanduidingen (identificaties) voor elke tegel, wat essentieel is voor het beheren en opvragen van specifieke tegels binnen een groot 3D-tiling systeem.
-
Bounding volumes: Informatie over de 3D-grenzen van een tegel, zoals bounding boxes of bounding spheres, die helpen bij het snel bepalen van zichtbaarheid en bij het uitvoeren van ruimtelijke queries.
-
Formatinformatie: Details over het bestandsformaat en de compressie van de tegelgegevens, wat belangrijk is voor de juiste interpretatie en weergave van de tegels.