I3S场景规范介绍：Indexed 3D Scene Layer标准

I3S是什么

I3S，全称为Indexed 3D Scene Layer，是由美国Esri推出的三维方面的开源标准。此标准已经被写入OGC，目前最新的标准是1.2，于2021年12月份发布。I3S主要的数据格式为SLPK（Scene Layer Package）。

SLPK结构

SLPK数据格式为客户端提供结构化的方式存储和可视化大体量的3D数据。其内部节点以节点树的方式组织，节点内包含几何、纹理和属性等 信息 。节点树包含节点的包围体信息、父子节点的索引，以及材质和几何关联信息。

   SLPK将所有的节点信息合并为一个文件。目前SLPK能在 ArcGIS   Pro、GeoScene Pro、CityEngine、SURE、Pixel4D、ContextCapture、大疆智图等软件生产和使用。

   目前的SLPK数据 类  型有：

• 3D Object（OBJ模型、FBX模型等）
• 倾斜摄影
• 点场景图层（医院、学校、树木等）
• 点云场景图层（车载、机载点云）
• 建筑场景图层（BIM数据）

SLPK使用LOD进行层级切换，这样可以加快SLPK数据的渲染，减少客户端的资源请求。

   较早版本的SLPK可以通过Esri推出的i3s_converter工具进行升级。

   SLPK目前的各数据最新版本为：

SLPK是一个zip包，可以用7zip软件查看。其内部包含了大量压缩的文件。注意，该zip包的压缩算法为仅存储（STORE）。SLPK内部的资源压缩方式为gzip（例如json.gz和bin.gz)，但，贴图格式为JPEG、PNG、bin.dds、KTX2。

   如图所示，1.8版本的SLPK内部存储的信息为nodes，nodepages，metadata，@specialIndexFileHASH128@和3dSceneLayer描述文件。

节点（Nodes）

节点内包含geometries，textures，attributes，features和shared文件夹以及3DNodeIndexDocument文件，但根节点（root）仅包含3DNodeIndexDocument文件。

• geometries
  
      不同类型和版本的SLPK包含的几何信息并不一致，例如倾斜模型的几何数据就包含了所有的vertex attributes（端点属性）、feature counts（要素数量）和mesh segementation。在1.7版本的3DObject和Integrated Mesh中，使用Draco算法的geometryBuffer来表示几何信息。点和点云数据的几何信息是点。点数据在featureData中定义几何信息，没有gemetryBuffer。点云数据中，几何信息是lepcc-xyz格式压缩的二进制文件。
• textures
  
      纹理信息主要包含图像，其格式为JPEG、PNG、DDS和KTX2。点和点云数据没有贴图。在1.8的I3S版本中，推荐使用Basis Universal（KTX2）的贴图压缩方法。使用basis universal的贴图压缩格式会比JPEG贴图格式的服务加载更快，有肉眼可见的提升，并且内存资源占用更少。详情见：Esri collaborates with Binomial to improve Basis Universal Supercompressed GPU Texture Codec speed
• features
  
      要素代表一个节点内的真实对象。仅3DObject、Point和BIM类型支持要素信息。
• attributes
  
      属性信息在node中以field文件夹的形式存在。倾斜模型没有属性信息。
• shared
  
      shared文件夹内包含了sharedResources文件，该文件记录材质定义（materialDefinitions）和纹理定义（textureDefinitions）信息。
  
      此文件为向下兼容1.7以前版本而保留，仅在3DObject、倾斜和BIM类型中存在。
• 3DNodeIndexDocument
  
      该文件记录了节点的id、level、obb和mbs、lod切换阈值、资源目录、父子节点等信息。和shared文件夹一样，此文件作为向下兼容而保留，且仅在3DObject、倾斜和BIM类型中存在。下图为3DNodeIndexDocument文件记录的概要信息。
  

节点页（Nodepages）

节点页文件夹内包含的3dSceneLayer.json文件是对整个SLPK的描述文件。

   1.7以后将节点关系放在了新的nodepages文件夹中。

   包围体包含有向包围盒（Oriented Bounding Box ）以及最小包围球（Minimum Bounding Sphere）。点云必须使用MBS作为包围体，但对于剩下4类数据，OBB才是最佳选择。下图为OBB和MBS的示例图。

3dSceneLayer.json

3dSceneLayer文件标注了SLPK最后更新时间、图层类型、坐标系、可操作性、图形绘制、弹窗信息、视域、存储、纹理、材质和几何定义等信息。文件截图如下：


   比较重要的store记录了视域、坐标系、SLPK版本、贴图格式等信息。

I3S支持WKT(1、2)、WKID和EPSG。SLPK支持全局场景和局部场景。在全局场景中，仅支持WGS84（4326）和CGCS2000（4490）；局部场景支持其他地理坐标系和平面投影坐标系。所有端点的位置都以最小包围体中心点的偏移值来表示。坐标的顺序应该为East，North和Height。

元数据（metadata）

metadata.json文件记录了此SLPK的元数据，例如1.8版本记录了文件压缩类型、资源压缩类型、I3S版本、节点数量等信息。


   1.7版本的metadata仅记录I3SVersion和nodeCount信息。

索引（@specialIndexFileHASH128@）

在1.7版本以后，添加了MD5 Hash文件（@specialIndexFileHASH128@），来减少加载时间。

ESLPK

ESLPK（Extracted SLPK）是一种不被打包的SLPK，以文件夹形式存在，可以将其存储在S3中。ESLPK也可以通过i3s_Converter.exe工具生成。

参考链接：

1. https://www.esri.com/arcgis-blog/products/arcgis/3d-gis/esri-collaborates-with-binomial-to-improve-basis-universal-texture-compression-speeds/
2. https://github.com/Esri/i3s-spec

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