CN117523151A - 一种三维模型FBX格式转换为3D Tiles格式的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维模型FBX格式转换为3D Tiles格式的方法，包括以下步骤：对FBX文件进行解析，提取其中包含的三维模型数据；将FBX中的模型数据从其原始坐标系转换到与3D Tiles标准相符的坐标系中；对提取的三维模型数据进行优化和压缩；根据3D Tiles规范，将优化后的三维模型切分成瓦片；为每个瓦片生成元数据，包括模型转换矩阵、层级结构；将上述过程生成的3D Tiles数据以文件的形式输出。本发明可以实现从FBX格式到3D Tiles格式的高效转换，使得原本在不同环境中使用的三维模型能够更好地适应地理信息系统和虚拟地球应用，且具有转换速度更快、准确率更高等优点，便于实际推广和应用。
Description
技术领域
本发明属于地理空间信息系统技术领域，特别是一种三维模型FBX格式转换为3DTiles格式的方法。
背景技术
FBX是一种通用的三维模型格式，由Autodesk公司开发和维护。FBX格式的突出优点是在不同的3D软件之间转换时的高度兼容性。许多3D软件都支持导入和导出FBX文件，包括3ds Max、Maya、Blender、Cinema 4D等。这使得FBX成为一种常见的数据交换格式，可以在不同的软件之间轻松地共享3D模型和相关的数据。
3D Tiles是Cesium于2016年3月定义的一种三维模型瓦片数据结构，是一种用于表示、存储和传输三维地理空间数据的开放标准。3DTiles将海量三维数据以分块、分层的形式组织起来，这样就大大减轻了浏览器和图形处理单元的负担，能够支持大规模三维场景的高效加载和渲染，在Web和其他平台上实现高性能的三维可视化。主流的web渲染引擎Cesium、three.js、Babylon.js均支持该格式模型。
在工程基础设施领域，三维模型在业务系统中的应用主要基于web渲染引擎的可视性，虽然three.js、Babylon.js等引擎也支持FBX文件的直接加载可视，但因为缺乏空间层级结构，不能支持大体量模型的加载；同时FBX文件也不具备地理位置信息，不能支持在真实地理环境中的可视化。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种将三维模型FBX格式转换到3D Tiles格式的方法，该方法能支持大体量模型的分级加载、模型地理位置的准确定位等等。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种三维模型FBX格式转换为3D Tiles格式的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1，对FBX文件进行解析，提取其中包含的三维模型数据；
步骤2，将FBX中的模型数据从其原始坐标系转换到与3D Tiles标准相符的坐标系中；
步骤3，对提取的三维模型数据进行优化和压缩；
步骤4，根据3D Tiles规范，将优化后的三维模型切分成瓦片；
步骤5，为每个瓦片生成元数据，包括模型转换矩阵、层级结构；
步骤6，将上述过程生成的3D Tiles数据以文件的形式输出。
进一步地，步骤1所述对FBX文件进行解析，提取其中包含的三维模型数据，具体包括：
步骤1-1，定义5个内存数据表models、textures、nodes、meshes、properties，分别用于存储模型文档、模型纹理、模型节点、模型几何及模型属性；
步骤1-2，填充模型文档表：将待处理的FBX文档信息存储到模型文档表；
步骤1-3，填充模型纹理表：加载FBX文档为Scene对象，通过Scene对象导出该文档的所有tif格式的纹理贴图，制作每个纹理贴图的多级纹理，并存储到模型纹理表；
步骤1-4，填充模型节点表：从Scene对象的根节点开始递归遍历其子节点，将每个节点根据是否有几何信息，划分为node和feature两种类型，之后将节点信息存储到模型节点表；
步骤1-5，填充模型几何表：对于步骤1-4中类型为feature的节点，解析其三角面几何数据，包括每个Mesh对象对应的顶点数据、法向量、索引以及材质，并且按国际标准gltf规格组织数据，将三角面信息存储到模型几何表；
步骤1-6，填充模型属性表：步骤1-4中遍历节点过程中，通过节点名称获取节点的属性集合，填充到模型属性表。
进一步地，步骤1-2中支持批量处理多个FBX文档。
进一步地，步骤2中坐标系的转换，具体包括：
步骤2-1，将mesh顶点即网格顶点均变化到相对于模型零点(0,0,0)的绝对坐标；
步骤2-2，结合模型零点(0,0,0)的真实世界坐标位置，将mesh顶点坐标变化到全球笛卡尔坐标；
步骤2-3，将mesh顶点坐标变化到WGS84经纬度坐标。
进一步地，步骤3所述对提取的三维模型数据进行优化和压缩，包括简化几何体、压缩纹理操作，具体包括：
步骤3-1，合并压缩材质纹理：对mesh引用的相同纹理，以及小纹理合并打包成大张纹理；所述小纹理为根据实际要求自定义的小纹理；
步骤3-2，模型三角网简化：通过边塌陷和外轮廓简化算法对三角网进行简化。
进一步地，步骤3-1中纹理合并后，需重新计算mesh的纹理坐标数据。
进一步地，步骤3-2中模型三角网简化后，需对纹理进行重投影计算。
进一步地，步骤4所述根据3D Tiles规范，将优化后的三维模型切分成瓦片，具体包括：
步骤4-1，从步骤1-5中生成的模型几何表中读取glft数据解析，生成B3DM的文件头信息，其中包括模型的包围盒及坐标信息；
步骤4-2，从步骤1-5中生成的几何表中读取glft模型数据，填充到B3DM的FeatureTable；
步骤4-3，从步骤1-6中生成的模型属性表中读取模型属性信息，填充到B3DM的BatchTable；
步骤4-4，将以上生成的B3DM文件头、FeatureTable模型二进制数据、BatchTable元数据组合成一个整体B3DM文件，每一个B3DM文件作为一个瓦片tile。
进一步地，步骤5所述为每个瓦片生成元数据，具体包括：
步骤5-1，模型坐标+模型原点在某个空间参考坐标系下的位置＝模型坐标在该空间参考坐标系下的坐标P；
步骤5-2，利用地理投影变换，将坐标P变换为经纬度坐标LBH即地球大地坐标系中的坐标；
步骤5-3，将LBH坐标转为笛卡尔坐标G；
步骤5-4，求取当前gltf分组里的笛卡尔坐标中心点C；
步骤5-5，计算B3DM里实际gltf的顶点坐标p，计算公式为：
p＝G–C
步骤5-6，利用当前gltf分组里的笛卡尔坐标中心点C计算当前tile中的绝对矩阵M，依据公式为：
p*M＝G
步骤5-7，计算当前tile中需存储的转换矩阵T，依据公式为：
p*(当前tile的T)*(父tile的T)*…*(根tile的T)＝G。
进一步地，步骤6所述将上述过程生成的3D Tiles数据以文件的形式输出，具体包括：
步骤6-1，计算5步骤生成的所有瓦片tile的包围盒，获得包含所有tile内容的包围盒，并将其设定为根节点的包围盒；
步骤6-2，遍历所有瓦片tile，若tile包围盒半径大于根节点包围盒半径的1/2，则其落在根节点中；否则按照tile包围盒的中心点位置在空间上落到根节点的八个一级子节点之一；
步骤6-3，针对步骤6-2所落到的子节点，按照步骤6-2的方式进一步判断其是落在本节点内，还是落到本节点的某个子节点；
重复步骤6-2至6-3，直至遍历完所有的瓦片tile。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1)相比于在Web端直接显示FBX文件，本发明转换为3D Tiles格式后显示，能够支持大规模三维场景的高效加载和渲染，对计算机的硬件要求也较低。
2)FBX文件的可视化，不能定位到真实地理环境；本发明结合模型零点地理位置，转换为3D Tiles格式后显示，能够在地理空间上准确呈现三维模型，并且更容易与GIS平台集成。
3)可以实现从FBX格式到3D Tiles格式的高效转换，使得原本在不同环境中使用的三维模型能够更好地适应地理信息系统和虚拟地球应用，且具有转换速度更快、准确率更高等优点，便于实际推广和应用。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为一个实施例中将三维模型FBX格式转换到3D Tiles格式方法的流程图。
图2为一个实施例中FBX格式模型在桌面端设计软件里的显示示意图。
图3为一个实施例中FBX格式模型转换为3DTiles格式结果在浏览器里的显示(叠加GIS遥感影像地图)示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
FBX是一种常用的三维模型交换格式，广泛应用于计算机图形学。3D Tiles是一种用于高效存储、传输和渲染三维地理空间数据的开放式标准。
在一个实施例中，结合图1，提供了一种三维模型FBX格式转换为3D Tiles格式的方法，所述方法包括以下步骤：
S1，通过专门的FBX解析器，对FBX文件进行解析，提取其中包含的三维模型数据，包括几何、纹理、材质等信息；
S2，将FBX中的模型数据从其原始坐标系转换到与3D Tiles标准相符的坐标系中；
S3，对提取的三维模型数据进行优化和压缩，以减小数据体积，提高传输效率；
S4，根据3D Tiles规范，将优化后的三维模型切分成瓦片，有助于更高效地加载和渲染数据；
S5，为每个瓦片生成元数据，包括模型矩阵、层次结构和模型属性等，这些元数据有助于在客户端动态加载和呈现3D Tiles数据；
S6，将上述过程生成的3D Tiles数据以文件的形式输出，以便于存储、传输或直接在3D Tiles兼容的应用程序中使用。
进一步地，在其中一个实施例中，S1所述对FBX文件进行解析，提取其中包含的三维模型数据，具体包括：
S1-1，定义5个内存数据表models、textures、nodes、meshes、properties，分别用于存储模型文档、模型纹理、模型节点、模型几何及模型属性；
这里，用内存数据库方式作为中间过渡方式，也可以采用实体文件方式。使用数据表中间过渡方式，是为了将多种原始格式转为3D Tiles格式过程中可以复用方法的后半部分。本实施例中，选用了比较轻量化的SQLite数据库。
S1-2，填充模型文档表：将待处理的FBX文档信息存储到模型文档表，支持批量处理多个FBX文档；
S1-3，填充模型纹理表：加载FBX文档为Scene对象，通过Scene对象导出该文档的所有tif格式的纹理贴图，制作每个纹理贴图的多级纹理，并存储到模型纹理表；
S1-4，填充模型节点表：从Scene对象的根节点(RootNode)开始递归遍历其子节点，将每个节点根据是否有几何信息，划分为node和feature两种类型，之后将节点信息存储到模型节点表；
S1-5，填充模型几何表：对于S1-4中类型为feature的节点，解析其三角面几何数据，包括每个Mesh对象对应的顶点数据、法向量、索引以及材质，并且按国际标准gltf规格组织数据，将三角面信息存储到模型几何表；
这里，gltf中存储的顶点位置是相对于几何体包围盒中心的偏移距离。gltf中包括顶点、批次、法向量、颜色、纹理、索引、材质等数据；
S1-6，填充模型属性表：S1-4中遍历节点过程中，通过节点名称获取节点的属性集合，填充到模型属性表。
进一步地，在其中一个实施例中，S2中坐标系的转换，具体包括：
S2-1，FBX模型通常采用直角坐标系，mesh几何体顶点数据是相对于构件的相对坐标，首先将mesh顶点即网格顶点均变化到相对于模型零点(0,0,0)的绝对坐标；
S2-2，结合模型零点(0,0,0)的真实世界坐标位置(一般由外部输入)，为了方便计算包围盒、几何误差及坐标系统转换，将mesh顶点坐标变化到全球笛卡尔坐标；
S2-3，3D Tiles数据主要针对地理环境使用，通常用Cesium客户端软件显示，Cesium架构使用的是WGS84地理坐标系，因此将mesh顶点坐标变化到WGS84经纬度坐标。
进一步地，在其中一个实施例中，S3所述对提取的三维模型数据进行优化和压缩，包括简化几何体、压缩纹理操作，具体包括：
步骤3-1，合并压缩材质纹理：对mesh引用的相同纹理，以及小纹理合并打包成大张纹理，可以减少数据量和渲染批次；所述小纹理为根据实际要求自定义的小纹理；
这里需要注意的是，纹理合并后，需要重新计算mesh的纹理坐标等数据。
步骤3-2，模型三角网简化：通过边塌陷和外轮廓简化算法对三角网进行简化。
这里需要注意的是，简化后原纹理坐标不可用，需要对纹理进行重投影计算。
进一步地，在其中一个实施例中，S4所述根据3D Tiles规范，将优化后的三维模型切分成瓦片，具体包括：
S4-1，从S1-5中生成的模型几何表中读取glft数据解析，生成B3DM的文件头信息，其中包括模型的包围盒及坐标信息；
S4-2，从S1-5中生成的几何表中读取glft模型数据，填充到B3DM的特征表FeatureTable；
S4-3，从S1-6中生成的模型属性表中读取模型属性信息，填充到B3DM的批处理表BatchTable；
S4-4，将以上生成的B3DM文件头、FeatureTable模型二进制数据、BatchTable元数据组合成一个整体B3DM文件，每一个B3DM文件作为一个瓦片tile。
进一步地，在其中一个实施例中，S5所述为每个瓦片生成元数据，具体包括：
S5-1，模型坐标+模型原点在某个空间参考坐标系下的位置＝模型坐标在该空间参考坐标系下的坐标P；
S5-2，利用地理投影变换，将坐标P变换为经纬度坐标LBH即地球大地坐标系中的坐标；
S5-3，将LBH坐标转为笛卡尔坐标G；
S5-4，求取当前gltf分组里的笛卡尔坐标中心点C；
S5-5，计算B3DM里实际gltf的顶点坐标p，计算公式为：
p＝G–C
S5-6，利用当前gltf分组里的笛卡尔坐标中心点C计算当前tile中的绝对矩阵M，依据公式为：
p*M＝G
S5-7，计算当前tile中需存储的转换矩阵T，当前tile的M＝当前tile的T*父tile的M，而父tile的M＝父tile的T*父tile的M，因此递推可得计算出当前tile的T所依据公式为：
p*(当前tile的T)*(父tile的T)*…*(根tile的T)＝G。
进一步地，在其中一个实施例中，S6所述将上述过程生成的3D Tiles数据以文件的形式输出，具体包括：
S6-1，计算S5生成的所有瓦片tile的包围盒，获得包含所有tile内容的包围盒，并将其设定为根节点的包围盒；
S6-2，遍历所有瓦片tile，若tile包围盒半径大于根节点包围盒半径的1/2，则其落在根节点中；否则按照tile包围盒的中心点位置在空间上落到根节点的八个一级子节点之一；
S6-3，针对S6-2所落到的子节点，按照S6-2的方式进一步判断其是落在本节点内，还是落到本节点的某个子节点；
重复S6-2至6-3，直至遍历完所有的瓦片tile。
在一个实施例中，提供了一种将三维模型FBX格式转换到3D Tiles格式的系统，所述系统包括：
第一模块，用于对FBX文件进行解析，提取其中包含的三维模型数据；
第二模块，用于将FBX中的模型数据从其原始坐标系转换到与3D Tiles标准相符的坐标系中；
第三模块，用于对提取的三维模型数据进行优化和压缩；
第四模块，用于根据3D Tiles规范，将优化后的三维模型切分成瓦片；
第五模块，用于为每个瓦片生成元数据，包括模型转换矩阵、层级结构；
第六模块，用于将上述过程生成的3D Tiles数据以文件的形式输出。
关于三维模型FBX格式转换为3D Tiles格式的系统的具体限定可以参见上文中对于三维模型FBX格式转换为3D Tiles格式的方法的限定，在此不再赘述。上述三维模型FBX格式转换为3D Tiles格式的系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
FBX格式模型在桌面端设计软件里的显示示意图，见图2。FBX格式模型转换为3DTiles格式结果在浏览器里的显示(叠加GIS遥感影像地图)示意图，见图3。可以看出，本发明提供的将三维模型FBX格式转换到3DTiles格式的方法，使得原本主要在桌面端设计软件中使用的三维模型能够支持大规模场景的高效加载和渲染，更好地适应地理信息系统和虚拟地球应用，且具有转换速度更快、准确率更高等优点，便于实际推广和应用。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (10)
1.一种三维模型FBX格式转换为3D Tiles格式的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1，对FBX文件进行解析，提取其中包含的三维模型数据；
步骤2，将FBX中的模型数据从其原始坐标系转换到与3D Tiles标准相符的坐标系中；
步骤3，对提取的三维模型数据进行优化和压缩；
步骤4，根据3D Tiles规范，将优化后的三维模型切分成瓦片；
步骤5，为每个瓦片生成元数据，包括模型转换矩阵、层级结构；
步骤6，将上述过程生成的3D Tiles数据以文件的形式输出。
2.根据权利要求1所述的三维模型FBX格式转换为3D Tiles格式的方法，其特征在于，步骤1所述对FBX文件进行解析，提取其中包含的三维模型数据，具体包括：
步骤1-1，定义5个内存数据表models、textures、nodes、meshes、properties，分别用于存储模型文档、模型纹理、模型节点、模型几何及模型属性；
步骤1-2，填充模型文档表：将待处理的FBX文档信息存储到模型文档表；
步骤1-3，填充模型纹理表：加载FBX文档为Scene对象，通过Scene对象导出该文档的所有tif格式的纹理贴图，制作每个纹理贴图的多级纹理，并存储到模型纹理表；
步骤1-4，填充模型节点表：从Scene对象的根节点开始递归遍历其子节点，将每个节点根据是否有几何信息，划分为node和feature两种类型，之后将节点信息存储到模型节点表；
步骤1-5，填充模型几何表：对于步骤1-4中类型为feature的节点，解析其三角面几何数据，包括每个Mesh对象对应的顶点数据、法向量、索引以及材质，并且按国际标准gltf规格组织数据，将三角面信息存储到模型几何表；
步骤1-6，填充模型属性表：步骤1-4中遍历节点过程中，通过节点名称获取节点的属性集合，填充到模型属性表。
3.根据权利要求2所述的三维模型FBX格式转换为3D Tiles格式的方法，其特征在于，步骤1-2中支持批量处理多个FBX文档。
4.根据权利要求1所述的三维模型FBX格式转换为3D Tiles格式的方法，其特征在于，步骤2中坐标系的转换，具体包括：
步骤2-1，将mesh顶点即网格顶点均变化到相对于模型零点(0,0,0)的绝对坐标；
步骤2-2，结合模型零点(0,0,0)的真实世界坐标位置，将mesh顶点坐标变化到全球笛卡尔坐标；
步骤2-3，将mesh顶点坐标变化到WGS84经纬度坐标。
5.根据权利要求1所述的三维模型FBX格式转换为3D Tiles格式的方法，其特征在于，步骤3所述对提取的三维模型数据进行优化和压缩，包括简化几何体、压缩纹理操作，具体包括：
步骤3-1，合并压缩材质纹理：对mesh引用的相同纹理，以及小纹理合并打包成大张纹理；所述小纹理为根据实际要求自定义的小纹理；
步骤3-2，模型三角网简化：通过边塌陷和外轮廓简化算法对三角网进行简化。
6.根据权利要求5所述的三维模型FBX格式转换为3D Tiles格式的方法，其特征在于，步骤3-1中纹理合并后，需重新计算mesh的纹理坐标数据。
7.根据权利要求5所述的三维模型FBX格式转换为3D Tiles格式的方法，其特征在于，步骤3-2中模型三角网简化后，需对纹理进行重投影计算。
8.根据权利要求2所述的三维模型FBX格式转换为3D Tiles格式的方法，其特征在于，步骤4所述根据3D Tiles规范，将优化后的三维模型切分成瓦片，具体包括：
步骤4-1，从步骤1-5中生成的模型几何表中读取glft数据解析，生成B3DM的文件头信息，其中包括模型的包围盒及坐标信息；
步骤4-2，从步骤1-5中生成的几何表中读取glft模型数据，填充到B3DM的特征表FeatureTable；
步骤4-3，从步骤1-6中生成的模型属性表中读取模型属性信息，填充到B3DM的批处理表BatchTable；
步骤4-4，将以上生成的B3DM文件头、FeatureTable模型二进制数据、BatchTable元数据组合成一个整体B3DM文件，每一个B3DM文件作为一个瓦片tile。
9.根据权利要求8所述的将三维模型FBX格式转换为3D Tiles格式的方法，其特征在于，步骤5所述为每个瓦片生成元数据，具体包括：
步骤5-1，模型坐标+模型原点在某个空间参考坐标系下的位置＝模型坐标在该空间参考坐标系下的坐标P；
步骤5-2，利用地理投影变换，将坐标P变换为经纬度坐标LBH即地球大地坐标系中的坐标；
步骤5-3，将LBH坐标转为笛卡尔坐标G；
步骤5-4，求取当前gltf分组里的笛卡尔坐标中心点C；
步骤5-5，计算B3DM里实际gltf的顶点坐标p，计算公式为：
p＝G–C
步骤5-6，利用当前gltf分组里的笛卡尔坐标中心点C计算当前tile中的绝对矩阵M，依据公式为：
p*M＝G
步骤5-7，计算当前tile中需存储的转换矩阵T，依据公式为：
p*(当前tile的T)*(父tile的T)*…*(根tile的T)＝G。
10.根据权利要求1所述的将三维模型FBX格式转换为3D Tiles格式的方法，其特征在于，步骤6所述将上述过程生成的3D Tiles数据以文件的形式输出，具体包括：
步骤6-1，计算步骤5生成的所有瓦片tile的包围盒，获得包含所有tile内容的包围盒，并将其设定为根节点的包围盒；
步骤6-2，遍历所有瓦片tile，若tile包围盒半径大于根节点包围盒半径的1/2，则其落在根节点中；否则按照tile包围盒的中心点位置在空间上落到根节点的八个一级子节点之一；
步骤6-3，针对步骤6-2所落到的子节点，按照步骤6-2的方式进一步判断其是落在本节点内，还是落到本节点的某个子节点；
重复步骤6-2至6-3，直至遍历完所有的瓦片tile。
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| CN202311664485.XA Pending CN117523151A (zh) | 2023-12-05 | 2023-12-05 | 一种三维模型FBX格式转换为3D Tiles格式的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117523151A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117953181A (zh) * | 2024-03-27 | 2024-04-30 | 江苏狄诺尼信息技术有限责任公司 | 一种面向web3d的顶点分层与增量式lod方法及系统 |
-
2023
- 2023-12-05 CN CN202311664485.XA patent/CN117523151A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117953181A (zh) * | 2024-03-27 | 2024-04-30 | 江苏狄诺尼信息技术有限责任公司 | 一种面向web3d的顶点分层与增量式lod方法及系统 |
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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