cesium地形瓦片(HeightMap)格式

目錄

• 一、瓦片切分規則
• 二、.terrain瓦片格式分析

參考資料：

• heightmap 1.0
• Tile Map Service Specification
• 國內主要地圖瓦片座標系定義及計算原理
• HeightmapTerrainData

cesium支持多種地形瓦片數據（GoogleEarthEnterpriseTerrainData、QuantizedMeshTerrainData、HeightmapTerrainData），這裏不詳細敘述每個，如下說的地形瓦片都是指HeightmapTerrainData。

一、瓦片切分規則

地形瓦片(heightmap-1.0)格式的terrain瓦片集是根據TMS（瓦片地圖服務）global-geodetic（全球大地座標）規則進行切分。

TMS特性簡述：

• TMS中一個瓦片地圖(TileMap)由一組具備不一樣比例尺瓦片集(TileSet)組成，每一個瓦片集由相同大小格式的規則瓦片平鋪而成。下一級的瓦片集由上一級的四叉分割而來（整個地圖就是個四叉樹結構）。

• 對於一個瓦片地圖(TileMap)只能支持一個空間參考系(SRS)和一種圖像格式，若是須要支持多種就要作多個瓦片地圖。

• 瓦片地圖具備邊界範圍(BoundingBox)和原點(Origin)，原點是0,0瓦片的左下角（也是-1,-1瓦片的右上角），也就是軸向是向左向上。

global-geodetic切分規則：

• 座標系爲WGS84大地座標系（<SRS>EPSG:4326</SRS>）

• 對於任意級別（n），該級別瓦片集的瓦片像素分辨率爲units-per-pixel = 0.703125/2^n

• 0級爲覆蓋全球的2個256x256像素大小（地理大小爲180*180度）的圖塊，其Origin爲-180,90。

heightmap 1.0 特定規則：

• 全部圖塊都具備後綴名.terrain。

• 圖塊大小爲65x65像素大小，實際上圖塊的最後一行和最後一列是相鄰的 東邊/南邊 圖塊的第一行/第一列。由於其大小不是256x256，因此其對應級別的分辨率也有所不一樣。

• 圖塊獲取URL示例以下：

  對於頂級的兩個圖塊：

  • (-180°, -90°) - (0 °, 90 °) - /path/tilesets/terrain/smallterrain/0/0/0.terrain
  • ( 0°, -90 °) - (180 °, 90 °) - /path/tilesets/terrain/smallterrain/0/1/0.terrain

  往下一級的8個圖塊:

  • (-180°,-90°) - ( -90°, 0°) - /path/tilesets/terrain/smallterrain/1/0/0.terrain
  • ( -90°,-90°) - ( 0°, 0°) - /path/tilesets/terrain/smallterrain/1/1/0.terrain
  • ( 0°,-90°) - ( 90°, 0°) - /path/tilesets/terrain/smallterrain/1/2/0.terrain
  • ( 90°,-90°) - ( 180°, 0°) - /path/tilesets/terrain/smallterrain/1/3/0.terrain
  • (-180°, 0°) - ( -90°, 90°) - /path/tilesets/terrain/smallterrain/1/0/1.terrain
  • ( -90°, 0°) - ( 0°, 90°) - /path/tilesets/terrain/smallterrain/1/1/1.terrain
  • ( 0°, 0°) - ( 90°, 90°) - /path/tilesets/terrain/smallterrain/1/2/1.terrain
  • ( 90°, 0°) - (180 °, 90 °) - /path/tilesets/terrain/smallterrain/1/3/1.terrain

  能夠參考一下 http://www.vr-theworld.com/vr-theworld/tiles1.0.0/73/ ，它的圖塊大小是32x32的，瓦片集的信息以下。

二、.terrain瓦片格式分析

可使用開源軟件 Cesium Terrain Builder 來對DEM數據切片，生成terrain瓦片。

對於TerrainTile的數據結構，能夠查看代碼TerrainTile.hpp、TerrainTile.cpp，很清晰明瞭。

對於單個圖塊，爲65x65大小，每一個像素表示一個高度值，海拔值的計算規則爲H=像素值*0.2-1000。

每一個高度值爲16Bit的整數，排列順序爲行-從西向東，列-從北向南，總的字節數爲65*65*2=8450。

相鄰圖塊直接關係大體以下圖所示，相鄰瓦片之間有一行或者一列的重合。

對於一個.terrain圖塊，其通過gzip解壓後的數據（文檔裏面說要瓦片數據要通過gzip壓縮，可是我在使用cesium測試的時候，是不通過壓縮的才能正確讀取），佈局大體以下：

前8540字節是高度數據，每一個高度數據爲2字節的小端表示的16位帶符號整數。

緊跟其後的一個字節是子塊掩碼，用於標識當前塊的子塊是否存在。

再以後是1個或者256*256個字節的水域掩碼，若是所有是水域(0)或者陸地(255)，那麼就是一個字節，若是混合了水域和陸地，那麼就是256x256個字節，每一個字節表示該像素位置是水域(0)仍是陸地(255)。

cesium裏解析terrain瓦片數據(解壓縮後的)的示例代碼：

var buffer = ...
var heightBuffer = new Uint16Array(buffer, 0, that._heightmapWidth * that._heightmapWidth);
var childTileMask = new Uint8Array(buffer, heightBuffer.byteLength, 1)[0];
var waterMask = new Uint8Array(buffer, heightBuffer.byteLength + 1,
                               buffer.byteLength - heightBuffer.byteLength - 1);
var terrainData = new Cesium.HeightmapTerrainData({
  buffer : heightBuffer,
  width : 65,
  height : 65,
  childTileMask : childTileMask,
  waterMask : waterMask
});