全空间数据模型M3D全面升级！模型轻量化与可视化能力双“飞跃”

随着“空天地”立体数据采集技术以及5G、云计算、大数据和人工智能等新技术的迅速发展，实景三维中国、数字孪生城市、数字孪生水利的建设如火如荼，全空间三维地理空间数据呈指数级增长，如何更好地管理这些数据一直备受业界关注。

为了实现全空间数据的共享与服务，MapGIS定义了一种全新的可涵盖空中、地上、地表、地下等多种数据类型的三维模型数据格式和服务接口——M3D，可为海量多源异构三维模型数据在不同终端上的存储、表达、传输、共享与交换提供数据和服务规范。今天，随着MapGIS的创新，全面升级的M3D 2.1焕新而来，在数据结构、三维模型轻量化、适配个性数据等方面取得进展，以更为先进的模型轻量化和可视化能力凸显数据特性。

一、M3D数据结构升级 浏览再加速

M3D数据采用数据文件和节点描述文件分离的数据结构，通过文件夹组织数据，可在不加载实际数据的情况下获取M3D数据节点的关键信息，如包围盒、LOD切换信息以及挂接的数据文件等内容。M3D 2.1结合数据的特性对数据结构进行了升级，提供M3D属性外置结构和M3D属性内嵌结构两种方式，能够根据数据的大小和访问频率选择合适的数据结构。

1、M3D属性外置结构

M3D属性外置结构主要适用于浏览数据，较少查看属性的场景，其将属性文件与数据文件同级存储，可以加快全空间模型的传输速度，提高浏览效率。

属性与数据文件同级存储：将属性文件（如描述数据点特性的元数据）外置，与实际数据文件存储在相同的文件夹级别，但为分开的文件。

加快数据传输速度：由于属性文件和数据文件是分开的，并且属性文件较小，可以更快地加载到内存中，加快数据的传输速度。

提高浏览效率：在不需要频繁访问属性数据的情况下，通过读取节点描述文件快速了解数据节点的结构和位置，提高浏览全空间模型的效率。

2、M3D属性内嵌结构

M3D属性内嵌结构适用经常查询属性的场景，将属性存放在M3D数据文件中，可以减少请求批次，提高浏览效率。

属性文件存放在M3D数据文件中：与M3D属性外置结构不同，属性数据被内嵌到M3D文件内部，读取属性数据时不需要额外的文件请求，从而减少网络延迟和I/O操作。

减少请求批次：将属性数据内嵌到M3D数据文件中，减少向服务器发送的请求数量，从而提高整体性能。

提高浏览和查询效率：在需要频繁访问属性数据的场景中，直接从M3D文件中读取属性数据，而无需额外的文件加载，显著提高浏览和查询的效率。

二、M3D数据压缩升级 性能再提升

大体量全空间三维模型文件因细节丰富而体积庞大，对存储空间、网络传输速度及实时渲染能力构成严峻考验。M3D 2.1全空间模型轻量化针对压缩技术进一步升级，通过减少全空间模型的冗余数据，同时保留其关键的视觉和几何特征，以实现文件大小的显著缩减，包含全空间模型的几何形状、纹理、材质以及动画数据的优化处理，从而缩短全空间模型的轻量化时间，降低硬件设备需求，为用户提供更快速、流畅的体验。

几何压缩：在几何压缩方面，M3D集成Meshopt与Draco等顶尖压缩算法，在不损害模型视觉质量的前提下，大幅度减少几何数据的冗余，实现高效的压缩比。所以M3D在保持全空间模型精细度的同时，文件大小显著缩减，从而降低全空间模型存储空间的需求，并加快了网络传输速度。

纹理处理：在纹理压缩方面，M3D采用了KTX等先进格式，有效压缩纹理数据，减少存储和传输负担，还能确保纹理的高保真度，保持模型表面的细节与质感，为用户提供逼真的视觉体验。

空间优化：在空间优化方面，M3D运用了八叉树、KD树等空间划分策略，将复杂的三维场景分割成多个独立且易于管理的子空间，有助于实现局部优化，减少不必要的渲染计算，同时提升模型的整体精度与细节表现力，使得场景更加生动逼真。

层级调度（LOD技术）：M3D内置层级调度机制，根据观察者与模型之间的实际距离动态调整渲染精度。在远距离时，采用低精度模型以减少资源消耗；而当观察者靠近时，则自动切换到高精度版本，确保细节清晰可见。

多层次压缩与加载：针对不同的目标设备和网络环境，M3D设计了多层次压缩策略，能够动态调整压缩级别以适应各种条件。同时，多层加载机制则根据用户视角的变化和与模型的相对距离，智能加载必要的模型细节，有效避免了不必要的数据传输和内存占用，进一步提升了整体运行效率。

通过压缩技术的全面升级，M3D 2.1在性能上实现了质的飞跃，能够轻松应对大规模多源异构的全空间模型的轻量化。针对TB级倾斜摄影数据，M3D 2.1能够快速的实现轻量化，极大压缩了数据体积，同时在前端加载仅需约1~3秒，渲染帧率稳定在100+ FPS以上；针对百亿级点云模型，无论是Las1.1至1.4版本的点云数据，M3D 2.1也能迅速轻量化，前端加载同样控制在约1~3秒之内，渲染帧率也稳定在90+ FPS；针对超过500万栋建筑的城市白模数据，M3D 2.1在轻量化的同时，确保建筑物的细节和整体的布局，在前端加载方面，同样实现了约1~3秒的快速加载，让用户在短时间内即可领略到宏伟的城市景观。同时，平均渲染帧率保持在60+ FPS，为用户提供了稳定而流畅的观看体验。

三、M3D数据适应性升级 范围再拓宽

全空间模型M3D 2.1的模型轻量化和可视化能力，有效提升了全空间模型在不同应用场景的表现力和实用性。该模型在针对倾斜摄影、人工精模、BIM模型、点云等传统数据源的基础上，进一步拓宽了其适应的数据范围，尤其是复杂的地质体数据和分层分户模型。M3D 2.1不仅能够精确地渲染出地质结构的三维形态，还能够对地层、矿脉等复杂结构进行细致的分层展示，使得地质学家和研究人员能够直观地理解和分析地下结构。同样，M3D 2.1技术能够为分层分户的建筑模型提供详尽的三维视图，每一层楼、每一户的布局和设计都能够清晰地展现。

1、地质体模型轻量化

在适应和优化地质体模型的过程中，M3D 2.1通过集成先进的算法与处理技术，不仅实现了地质结构的高精度重建，同时兼顾了地质体模型轻量化与数据保持之间的难题，确保了庞大且复杂的地质信息在保持关键特征的同时，实现了高效压缩与流畅展示。

针对复杂地质体模型的特殊性，M3D 2.1采取了精细化的分块切割策略，灵活运用八叉树或四叉树等先进的空间划分技术，将庞大的地质体数据精准切割成多个易于管理与渲染的小块。在模型简化的关键环节，M3D 2.1借助网格化简算法对LOD层级进行了深入的几何优化，有效简化了地质体模型结构，提高了前端显示的效率。此外，M3D 2.1还提取了地质体的外壳信息，并进行了细致的材质烘焙与LOD顶层重建工作，不仅进一步降低了地质体模型的数据量，还解决了地质体在化简过程中遇到的瓶颈问题。最后，通过颜色转贴图技术，将传统的纯色或颜色+贴图材质巧妙地转换为纯贴图材质，使得地质体能够充分利用纹理图集和要素合并的优势，还显著减少渲染批次与资源消耗，大幅提升帧率与渲染效率，为用户带来更加逼真、流畅的视觉体验。

地质体模型轻量化可视化效果

2、分层分户模型轻量化

在适应分层分户模型时，M3D 2.1全空间模型扩展了结构树，显著提升了全空间模型在复杂分层分户场景中的组织、管理和展示效能。结构树作为核心架构，不仅精准构建了分层分户模型各个构件的层级关系，还使得整个数据体系变得条理分明，便于用户进行直观的操作与管理。

M3D 2.1支持revit（2016~2024）的分层分户模型直接生成缓存，并且保留构件树语义信息，从而迅速而准确地定位到分层分户模型内部的每一个细节。同时M3D 2.1通过轻量化技术，在保证分层分户模型细节丰富度和视觉真实感的同时，有效降低了模型的数据量，确保了模型的流畅加载与实时渲染，从而为用户提供了更为高效、流畅的操作体验。

分层分户模型轻量化可视化效果

全空间三维数据模型M3D 2.1的全面升级，将进一步促进大规模三维空间数据的高效管理，更好地推进我国三维地理空间数据的应用，为数字孪生城市、城市信息模型（CIM）平台、数字孪生水利、实景三维中国建设提供有力的技术支撑。