3dTiles 資料規範詳解[5] 擴充套件
1 可擴充套件的格式
繼承自 glTF 的可擴充套件性，3dTiles 在定義上也留下了可擴充套件的餘地。包括但不侷限於：優化幾何資料的儲存，擴充套件屬性資料等。
2 官方當前的兩種擴充套件
- 層級屬性
- 點雲的 draco 壓縮
下面，將簡單介紹這兩個擴充套件。
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，（等價於要素表中的要素）這個概念引申自圖形程式設計，意思是“一次性向圖形處理器（GPU）傳送的資料”，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援較差，只能記錄在批次表JSON頭，二進位制體無法記錄非數字型資料；
- 第二，也就是此擴充套件重點解決的問題，當
batch之間存在邏輯分層、從屬關係時，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 格式規範比較熟悉。知道“頂點屬性”的概念，知道 WebGL 的幀快取技術。
b3dm 瓦片內建的 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 等並列，叫做 _BATCHID。
這樣，通過 _BATCHID，使用 WebGL 中的幀快取技術，在 FBO 上繪製 _BATCHID 的顏色附件，即可完成快速查詢。
要素表通過 BATCH_ID 訪問 批次表裡的屬性資料，幾何資料（glTF 中的 vertex）通過 _BATCHID 繫結要素。
3.2 不同模型要素有不同的屬性怎麼辦
假設有這麼一塊空間範圍，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：
-
空間範圍 = 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儲存邏輯，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 並不是一樣的。
如果用這個擴充套件來表示，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，這裡有充電樁類、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）。
擴充套件：如果這個 b3dm 又多增加了一個電動汽車，那麼這個 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，這裡有充電樁、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，這裡每個種類都只有 1 個 batch（要素），加起來就是 2
instancesLength 和 b3dm 中要素表的 BATCH_LENGTH 並不是相等的。
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、從屬關係。
有關這一條，在 3.3 小節中的層級關係會詳細展開。
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，那麼它倆的 classId 是一樣的。
這個陣列去重後的 id 數量，就等於 classes 陣列的長度。
例如，classIds: [0,0,0, 1,1]，有 0、1 兩個 classId，那麼 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，上面有牆模型要素、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個牆模型要素
- 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，很快得到擴充套件 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 個模型要素並無邏輯資訊寫在 JSON 中。
那麼，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 中並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？
表示從屬關係：屬性 3DTILES_batch_table_hierarchy.parentIds
為了表示 House 類與其他 5 類的關係，新增一個屬性與 classes、instancesLength、classIds 並列：
{
/* 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 是什麼呢？
重複一下 3.3 的假設，一共 6 個實體模型要素：1個牆模型要素、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
那麼，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，終於在 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，包括實體的模型要素，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：強大的可擴充套件性，理論上可以無限層級巢狀虛擬的要素屬性，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” 擴充套件
和 glTF 的 頂點屬性可以被 Google Draco 壓縮工具壓縮一樣，點雲瓦片也支援了此壓縮工具，極大地降低了點雲瓦片的體積。
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，它位於 pnts 瓦片的 要素表JSON頭中：
{ "POINTS_LENGTH": 20, // <- pnts 中有多少個點，這裡有 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 三個資料位於要素表二進位制塊中，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 個位元組二進位制資料交給 Draco 解碼器，就能解碼出來這 20 個點的對應資料。
目前，這個擴充套件功能僅支援壓縮 pnts 瓦片要素表中的 "POSITION"，"RGBA"，"RGB"，"NORMAL" 和"BATCH_ID" 資料。
被壓縮的資料，例如這裡的 POSITION、RGB、BATCH_ID，它們的 byteLength 值一律為 0（原本是指的要素表二進位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 兩個點雲的屬性資訊，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。那麼，使用了 Draco 壓縮之後，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 擴充套件只需要 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位制資料一併壓縮進了要素表二進位制塊內，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 瓦片的規範，若 pnts 瓦片內的點要進行 batch 分類，那麼其分類資訊在要素表中就記錄得夠詳細了，全域性的 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，以後有可能的話專門出一個專題講解更新中的擴充套件項。
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。