3D Tiles の概念や雰囲気をざっくりと説明する

3次元の地理情報データをストリーミングするための規格である 3D Tiles の概要を説明します。詳しい話はいくらでもありますが、ここでは雰囲気をつかむことを目的とします。

（これは、2023年9月末に社内用に書いたメモ書きをほぼそのまま転載したものです）

2Dタイルおさらい

2Dの地図タイルは既にご存知とします。

おなじみのXYZタイル (2D)

MapTiler 社のこのページが分かりやすいです：

技術的にいえば「四分木（Quad-tree）」というツリー構造です：

特徴：

• 地球全体を表現できる
• ズームインして詳細を見れる
• 必要な部分だけ随時ダウンロードすれば済む（ストリーミングできる）

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これらの特徴は2Dのタイルでも3Dタイルでも同じです。

3Dもタイル化したい

Cesium が策定した仕様「3D Tiles」。今では OGC (Open Geospatial Consortium) のオープン標準になっています。

3D Tilesももちろんツリー構造ですが、かならずしもXYZタイル（四分木）のような規則的なツリーでなくていいのが特徴です。つまり空間をツリー構造に分割していく方法はかなり自由です。

3D Tiles 1.0 と 3D Tiles 1.1 があり、いずれもOGCのオープン標準になっています。仕様書: 3D Tiles Specification

3D Tilesで表現できるもの

Cesium のデモをみると、何がどこまでできるのかがわかりやすいです。色々なデモがあります。

• 3Dメッシュ： 建物、地形、etc.
• 点群
• 3Dインスタンス： 同じ物体（例：電柱）を大量に配置 (GPU Instancing)

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地物や頂点などにメタデータを付与することもできます。

Google Photorealistic 3D Tiles

Google Photorealistic 3D Tiles も「3D Tiles 1.0」(2023年9月時点) として利用できます。

地上の人工物だけでなく地形もいっしょくたに表現されています。Cesium上に表示するときは、Cesiumが提供する地形は非表示にしましょう。

// Google Photorealistic 3D Tiles は地面もいっしょに含んでいるため、
// Cesiumが提供する地球は表示しなくてよい。
globe: false;

各タイルがどうなっているかを、デバッグ表示でみてみます。

ちなみに、どのタイルもファイルサイズは 10〜100 KB程度になっています。

3D Tiles (1.0) のタイル分割

2Dなタイルと似ている点

• ツリー構造なのは同じ。
• ツリーの子にいくほど詳細度が上がるのも同じ。HLOD = Hierarchical Level of Detail

2Dなタイルと異なる点

• 空間を分割していく方法がまったく自由。 各自で自由に決める。
  • 直方体、球、リージョン（今回は触れない）で自由に分割していく。
  • もちろん単純な4分割や8分割を繰り返していってもいい。
  • 県 → 市 → 町字 みたいな分割でもいい。
  • なんでもいい。
  • 注）3D Tiles 1.1 には “implicit tiling” もある（あとでさらっと言及）。
• タイルの境界が重なり合っていてもいい。
  • タイルのバウンディングボリュームに重複があってもいい。公式デモなどで BoundingVolume を表示してみればわかる： https://sandcastle.cesium.com/?src=3D Tiles Inspector.html&label=3D Tiles
• 詳細度を上げていく（ツリーの子をたどる）際の方法として refine: REPLACE と refine: ADD が選べる
  • REPLACE → 子タイルの内容で親タイルの内容を入れかえる方式 (→ Photorealistic 3D Tiles)
  • ADD → 子タイルの内容を親タイルの内容に追加していく方式 (→ OSM建物デモ)
  • これらはツリーの途中で切り替えることも可能

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ツリーの組み方の主なルールは以下の2つ。あとは自由です：

• 子のコンテンツが、親のバウンディングボリュームを超えないこと
• 子にいくほどジオメトリの誤差 (geometricError) が小さくなること

少しだけ詳しいタイルツリーの構造

Google Photorealistic 3D Tiles の実際のタイルツリーをみてみると次のようになっています：

• タイルのツリー構造（＝タイルセット）は JSON で記述されている。
• ツリーの途中で別のタイルセットファイルを参照できる（例えば地球規模のタイルセットの場合、1つの超巨大なJSONファイルで表現するのはまずい or 不可能）。
• 各タイルにそのタイルのジオメトリ誤差 (geometricError) が記載されている。
  • 表示側は、その誤差では不十分と判断したら、さらに子をたどる

3D Tiles 1.1 の新機能

3D Tiles 1.1（かつて 3D Tiles Next と言われていたもの）。

主には：

• 3Dデータを すべてglTF で表すようになった（1.0 ではglTF の利用は拡張機能だった）
  • いままでのデータ形式 (.b3dm, .i3dm, .pnts, .cmpt) はすべて deprecated になった。
• “Implicit Tiling”（暗黙的タイリング）も使えるようになった
  • XYZタイルのような「4分木 (Quad-tree)」ないし「8分木 (Octree)」で、効率的に空間分割できる。具体的な実現については複雑なのでここでは触れない。

詳しく知りたい方は

仕様書・サンプルが充実しています。

3D Tiles 1.0 & 1.1

• 3D Tiles 1.1 Specification: https://docs.ogc.org/cs/22-025r4/22-025r4.html
• GitHub: https://github.com/CesiumGS/3d-tiles
  • JSON Schema: https://github.com/CesiumGS/3d-tiles/tree/main/specification/schema
  • Reference cards: https://github.com/CesiumGS/3d-tiles/tree/main/reference-cards/1.1
• Sample Tilesets: https://github.com/CesiumGS/3d-tiles-samples

glTF 2.0

• glTF 2.0 Specification: https://registry.khronos.org/glTF/specs/2.0/glTF-2.0.html
• GitHub: https://github.com/KhronosGroup/glTF
  • JSON Schema: https://github.com/KhronosGroup/glTF/tree/main/specification/2.0/schema
• Sample Assets:
  • https://github.com/KhronosGroup/glTF-Sample-Assets
  • (deprecated) https://github.com/KhronosGroup/glTF-sample-models

GISのための glTF 拡張

• https://github.com/CesiumGS/3d-tiles-samples/blob/main/README.md
• EXT_mesh_features
  • https://github.com/CesiumGS/glTF/tree/3d-tiles-next/extensions/2.0/Vendor/EXT_mesh_features
• EXT_structural_metadata
  • https://github.com/CesiumGS/glTF/tree/3d-tiles-next/extensions/2.0/Vendor/EXT_structural_metadata

標準的な圧縮形式・技法

Cesiumがサポートしているもの：

• Draco
• Meshopt
• KTX2
• など

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3D Tiles, 3D Tiles Next (1.1) の デモ色々