一文读懂实景三维模型轻量化- 大数跨境

GIS前沿

2024-01-28

导读：随着实景三维广东建设的全面推进，大面积、高分辨率的倾斜摄影三维模型构建越来越多，模型精细度越来越高，模型体量越

随着实景三维广东建设的全面推进，大面积、高分辨率的倾斜摄影三维模型构建越来越多，模型精细度越来越高，模型体量越来越大，也出现了存储管理困难、传输速度慢、加载应用不流畅等问题。要想好看又好用，就需要对实景三维数据“瘦身”，让数据在使用中“飞”起来。接下来让小编带大家一起走近实景三维数据，揭秘它的“瘦身”术。

文章授权转载：广东省国土资源技术中心

实景三维模型由顶点、面片和纹理等要素组成。这些顶点是反映地表轮廓细节的模型关键节点，按照一定的规则把它们临近的三个顶点连起来，编织成不规则三角网，组成三角面片，就构成了不规则三角网模型（TIN模型）。

▲不规则三角网

▲不规则三角网模型（TIN模型）

然后我们再给不规则三角网模型贴上高清真实纹理照片，穿上实景的“衣服”，就形成了实景三维模型。

▲不规则三角网+真实纹理

▲实景三维模型

在实际生产过程中，面积大的实景三维模型会按照一定范围划分为许多小面积实景三维模型，因此，模型文件由许多个碎小瓦块文件组成（如下左图所示）。每个瓦块的模型按不同精细度切成由低层级到高层级的金字塔型层级模型瓦片（如下右图所示），层级越高模型越精细、越清晰、数据量越大。拿右图来说，L14模型精细度最低，L20模型精细度最高。

如图所示，我们能够直观地感受到实景三维数据顶点和三角面片密集、纹理高清、层级繁多、模型精细、文件碎且多。这种复杂模型结构导致模型占用大量的存储空间，数据体量过大，存储效率低，使用起来非常不方便。对于这些问题，我们可以借助轻量化处理技术，在不影响视觉效果前提下，对模型进行压缩和简化。

目前，三维模型压缩和简化有许多不同技术路径来实现，从数据结构出发，常见的三维模型轻量化方法有：

而对于大范围实景三维数据来说，我们可以结合实际应用需求，针对不同地物（如建筑物与植被）、不同区域（如城市与乡村）分级分类进行不同程度的轻量化，把数据压缩到极致。

如下图所示，通过轻量化处理，模型视觉效果基本保持不变，但模型简化了很多。当前主流轻量化技术水平（压缩比）普遍在50-70%之间，如400GB倾斜三维模型可压缩到120-200GB，且不影响视觉效果。

▲左为原始模型，右为轻量化处理后模型

轻量化处理技术能有效解决模型数据体量过大的问题，降低存储成本，提高数据管理效率。再结合LOD可视化技术（远处显示低层级模型，近处展示高层级模型），提高模型计算效率，加快渲染速度，在Web端流渲染三维引擎的加持下，普通笔记本电脑、手机、平板电脑也能够支持轻量化模型的快速加载、流畅浏览海量三维场景，让我们感受到实景三维数据“飞”一般的感觉。