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作者：Chris Andrews, Pascal Müller, Johannes Schmid, Tamrat Belayneh, Dragan Petrovic, Sud Menon

（之前這篇翻譯發在CSDN上，在這兒轉一下，有修訂。CSDN地址）

譯者注

  • Chris是Esri的3D產品的總方向的經理，Pascal是Esri蘇伊士研發中心負責人，Joe是Esri蘇伊士研發中心高級開發工程師（現在是開發Lead了），Tam和Dragan都是Esri本部的服務端與客戶端的資深開發工程師，Sud是Esri的CTO，所以本博客作者陣容強大。
  • 譯者本人也參與了i3s標準的設計，服務端編寫和客戶端展示等一系列工作。所以對該標準還是有一定的瞭解的，當然在此只是個人興趣使然，翻譯一下，並不是官方文檔或者宣傳，算是對個人工作的一個小結。（不知道CSDN平臺對GIS的關注度如何，如果關注度高，有可能出一期i3s技術解析方面的文章）
  • 雖然是一年以前的文章，但還是有借鑒意義，而且我會在文章中更新這一年的變化。翻譯這篇文章的契機是，i3s標準已經被正式收入OGC了。詳見本文。
  • 希望在引用的時候能保留作者信息，算是尊重原創，業餘時間完成，而且有很多信息需要考據蒐集，實屬不易；希望保留原始鏈接，用以追溯歷史和在這兒看到最新更新。註明：非技術文檔，所以很多地方只是意譯。

文章比較長，對於沒有時間閱讀全文的小夥伴，我在此給一個大致的索引，這樣就能在讀文章之前瞭解到，本文是否有你感興趣的內容。本文大致涉及到的內容如下：

  • Esri的3D產品簡介，例如ArcGIS Pro， Runtime， SceneViewer。
  • i3s數據標準簡介，包括數據格式，包含的數據類型，應用場景。

名詞

integrated meshes：看到一些文章中翻譯為密集格網，也很形象。本文翻譯為集成格網，比較有程序員的思路。這種數據類似於DSM（數字表面模型，digital surface model）的概念，包括了場景的地形，影像，地表附屬物。是集大成者也。有可能譯成綜合模型更好。（我沒問同事們怎麼翻譯的，因為他們都直接用integrated mesh這個詞。）

i3s：indexed 3d scene

以下正文

2016年Esri用戶大會對於我們的用戶和合作夥伴來說最大的驚喜之一就是看到了ArcGIS產品在3D跨平臺方面的支持。在用戶大會上，用戶和合作夥伴可以看到，我們推出了一個新數據格式integrated meshes（集成格網？）並推出了相關的發布，共享與可視化功能。使得用戶可以在網頁端，Runtime系列產品，經典桌面端和企業端瀏覽和交互操作這些三維格網。Integrated Meshes提供了更多利用無人機，航空器，衛星的數據的方式。

譯者註： 參加用戶大會的時候，很多中國用戶會問到，Esri的3D產品體系是怎麼樣的？一般說來，目前的主流三維產品是，Web端，使用由Zurich團隊開發的SceneViewer，移動端（或者輕量級的多平臺桌面端ios， Android，UWP，WPF，linux，iMac）使用ArcGIS Runtime，桌面端使用ArcGIS Pro。而i3s主要解決的問題是上述多個平臺的通用，高效的數據格式。

隨著I3S（Indexed scene layer，譯者注，這種場景圖層最為顯著的特定是，已經將空間索引固化在數據中，數據的組織方式類似於空間樹型的結構）標準的發布。合作夥伴和用戶可以自由使用該規範創建出數據或者編寫客戶端程序來使用該數據。我們希望I3S能夠成為一種新的開放標準，其他第三方的數據提供商也能夠使用該標準創建或者轉換他們的數據以集成到ArcGIS產品體系中。（譯者注，一年後的今天，願望成真。Esri的很多合作夥伴已經使用改標準了）

觸手可及的I3S

現在，只需要滑鼠輕輕一點，就能夠揭開場景圖層的神祕面紗。使用ArcGIS Earth桌面程序或者其他產品都能輕鬆訪問SceneLayer。在ArcGIS Online上，搜索scene layer就會找到很多示例，並能直接使用SceneViewer打開，當然，在移動端也可以如此操作。

Figure 1. ArcGIS.com上已經有很多可用場景服務圖層了，圖中為鹿特丹的建築羣，根據屬性渲染出不同顏色

如果使用ArcGIS Earth，用戶可以通過 Earth』s Add Data interface功能輕鬆的從ArcGIS Online中瀏覽場景圖層。Online中集成的SceneViewer和ArcGIS Earth都可以用於快速瀏覽場景圖層，講一段故事，或者開始一系列的分析。

Figure 2. R鹿特丹建築羣在ArcGIS Earth中的顯示效果

WebGIS的重中之重

ArcGIS平臺是一個萬能系統，能在企業或者組織之間對任意大小，任意複雜度的數據進行創建，修改，部署。改平臺能讓用戶使用web map，web scene， web layer和web apps來瀏覽數據的各方各面，也能讓用戶使用桌面端和移動端以適應各種情況。

Figure 3. ArcGIS平臺的WebGIS體系

I3S的構想來源是由於三維內容會比二維內容更大，會佔用更多的內存，顯存以及硬碟空 間。例如，三維建築物模型就比二維的建築物底圖（footprints）要複雜得多。

在ArcGIS 的Web GIS體系中，基於I3S的場景圖層會將場景中的特徵（要素feature），幾何體，以及屬性信息預先構建空間索引並緩存在伺服器中，這樣在web環境或者本地設備就能快速訪問海量的三維數據。場景圖層包含了幾何體信息，紋理信息，屬性信息等，也包含了LOD信息（會根據屏幕解析度自動切換顯示等級），同時也包括了空間坐標系和空間參考。（如球面坐標系，空間直角坐標系和高程坐標系）

Figure 4. I3S格式的柏林建築物數據； data credit to City of Berlin, ESRI Germany

Figure 5. Integrated mesh scene layer from Vricon shown streamed as a service into ArcGIS Pro

網路場景和場景圖層首次推出是在2014年末，ArcGIS Pro 1.0發布的時候，並同時更新了ArcGIS Online相關內容，所以是Esri生態系統的新成員。

探究場景圖層

場景圖層基於i3s標準。i3s的網路服務包括了幾何體，熟悉，紋理等各方面，從而應用程序可以快速顯示和分析。從Portal上我們可以看到場景圖層對象的很多信息，並可以用於瀏覽和查詢。

i3s是為快速流傳輸和大緩存的三維內容所設計。在i3s的緩存內部，數據是按照空間樹的節點組織的，空間樹的形態根據數據的分佈特性而有所區別。這種分層次的節點同時也反應了數據從粗糙到精細的細節層次。最上層是粗略的格網和圖片，但是到了下層就是很精細的格網模型和紋理了。

每一個i3s節點都包括了對於孩子節點，幾何體，屬性和紋理的相對（引用）位置。這些數據可能是JSON格式也可以是二進位的形式。他們都構成了負載信息，對於不同能力的設備很有幫助。（例如，移動設備可以在距離目標物體很近的時候，再載入更精細的格網或者紋理，而格網和紋理精細程度的描述就存在於上述的負載信息中，而對於window pc設備，支持紋理壓縮的話，可以直接使用DDS的紋理。）

多種數據類型

I3S使用不同的配置文件（profile）來區分不同的數據，目前提供了三種數據（目前有四種，發布博客時只有三種）

  • 三維物體圖層，可以展示大量的三維模型例如建築物或者車輛。
  • 點圖層，可以展示二三維的矢量點，支持複合化，可以用圖片，模型來作為各個點的符號。
  • 集成格網圖層，用於表達帶紋理的三角格網的數據，一般用於表示地表（註：包括地面附屬物，如地面上的道路，房屋，樹木，類似於DSM 。或者google earth的photorealistic數據）這種圖層一般是從無人機，航空器，衛星影像通過傾斜攝影技術生成的。展示尺度從單個建築物到整個洲。
  • 點雲圖層，（Chris在寫這篇博客的時候，點雲圖層還在研發過程中，並沒有發布。點雲圖層同樣支持LoD，使用Stream方式傳輸，同樣也是預先構建索引。效率很高，目前可以使用SceneViewer和ArcGIS Pro來瀏覽）

Figure 6. 在這個場景中，數以萬計的植被通過流數據顯示出來

靈活的坐標系統

目前i3s支持兩種類型的坐標系，一種是平的，一種是球。對於球來說，我們一般使用的是WGS84的球面坐標系。我們也使用一種高程的表現方式，能夠反映高程單位和海平面。

Figure 7. SceneViewer中展示的一個投影之後的本地建築物數據

Usable everywhere through REST interfaces or as Scene Layer Packages

隨處可用的REST介面或者SLPK

場景層的另一個重要特性是可用使用多種模式交付到ArcGIS平臺上的Web，移動和桌面客戶端。

大多數用戶將使用ArcGIS Online或ArcGIS Server與場景層交互。在這些情況下，場景層的高速緩存位於伺服器上，並通過I3S RESTful介面返回給客戶端，包括節點及其相關聯的資源（幾何，屬性，紋理）。

一些用戶還將場景圖層打包為一個可本地存儲和訪問的場景圖層包（SLPK）。目前，ArcGIS Earth和Esri的新版Drone2Map能夠查看本地場景層包，ArcGIS Earth可以支持和顯示包含數百GB信息的場景圖層包。

我們一直在改進場景層包以存儲新的層類型，並滿足不同移動設備上優化顯示和使用的需求。我們期待收到來自我們的合作夥伴和用戶社區的反饋。

作為典型的GIS用戶如何發布場景圖層

任何當前使用ArcGIS桌面的許可用戶都可以根據I3S規範創建和共享場景圖層。所需的最低配置是ArcGIS Pro的當前版本和激活的ArcGIS Online訂閱。例如，ArcGIS Pro的用戶可以先獲取建築物的底圖，然後使用拉伸功能，將底圖轉換成為三維模型，存儲為multipatch格式，最後創建一個SLPK。SLPK實際上就是把場景圖層緩存的所有內容，包括節點層次結構都打包為一個單一文件。場景層包可以上傳到ArcGIS Online並發布為一個場景層項目，然後就可以在WebSceneViewer，Web AppBuilder，Story Maps和ArcGIS Earth中立即訪問。

Figure 8. Web AppBuilder中顯示的舊金山建築

除了上述方式（在ArcGIS Pro中創建SLPK並上傳到ArcGIS Online或ArcGIS Pro本地使用）外，ArcGIS用戶還可以將3D信息直接發布到ArcGIS Server，並在伺服器上生成高速緩存。桌面用戶也可以使用Python來編寫和自動化I3S發布過程。例如，CityEngine最近發布了創建場景層包的能力，我們也正在探索從已經在ArcGIS Online中託管的現有GIS特徵層創建場景層的能力。

跨平臺使用I3S

場景層設計為由Web，移動和桌面客戶端使用。 Esri將基於I3S的場景層的不同應用方式建立了三個不同的實現。這些實現允許客戶根據他們的專業知識和期望在其組織中的任何地方使用I3S內容。 ArcGIS Pro除了作為創建3D內容的主要創作工具外，也能使用這些數據。 ArcGIS Pro用戶可以連接到ArcGIS Server或ArcGIS Online，查找組織中的私有或公開分享的場景圖層，並使用這些圖層創建場景，佈局甚至動畫。場景層可用於豐富的桌面工作流程，例如ArcGIS Pro中高質量的視頻創建： YouTube視頻地址

The ArcGIS API for JavaScript也包括從場景層訪問和顯示3D內容的功能。 JavaScript API隨ArcGIS Server和ArcGIS Online一起提供。場景圖層可以與Web場景查看器，Story Maps和Web AppBuilder一起使用，所有這些都基於相同的JavaScript API。目前JavaScript訪問是隻讀的，但我們計劃實現對功能服務和其他圖層類型的讀寫訪問。

Figure 9. 場景層與其他GIS信息一起使用在用於城市規劃的自定義JavaScript界面中

我們還實現了在ArcGIS Runtime庫中使用場景圖層的功能。 目前，ArcGIS Earth和Drone2Map是基於ArcGIS Runtime SDK for .NET10.2.7版構建，並且是ArcGIS Runtime關於I3S構建的3D應用程序的好例子。開發人員可以探索ArcGIS Runtime，瞭解如何將場景圖層添加到自己的自定義3D應用程序中（包括iOS和Android應用程序）。

ArcGIS Earth和Drone2Map是完全支持使用I3S內容工作的應用程序。具有訪問Drone2Map的許可權的任何ArcGIS用戶都可以處理無人機收集的圖像，並生成可以上傳並發布到ArcGIS Online的集成網格SPK。 ArcGIS Earth可用於在ArcGIS Online中查看生成的場景圖層，或者場景圖層包可以作為本地文件直接放入ArcGIS Earth。

Figure 10. Drone2Map數據可以作為本地場景層包或作為服務載入到ArcGIS Earth中

內容提供方與I3S

我們將i3s發布為一個開發的標準的原因之一，就是希望其他的數據提供方能夠生成ArcGIS平臺通用的格式的數據。三維數據格式和數據獲取方式層出不窮。提供數據轉換軟體或者數據標準是GIS行業的剛需。目前我們已經和三個不同的數據提供方進行了合作，Vricon，Bentley和Pix4D。

Vricon

Vricon 使用衛星影像和機器學習技術創建高精度，大面積的帶紋理的地球表面的格網數據。一個數據塊就有1000平方公里，數十GB大小。Vicon同時也需要一種數據格式，能夠輕鬆的將他們的數據應用到GIS市場中。在I3S的幫助下，Vricon可以將它的數據轉換為集成格網數據包並部署於ArcGIS Online上。

Figure 11. 使用ArcGIS Earth展示的1000平方公里的優勝美地數據

Pix4D

Pix4D 創建或者授權將圖片轉換為點雲或者帶紋理格網的軟體。

Bentley Systems

Bentley Systems』ContextCapture 在今年也引用了我們的標準。 ContextCapture是一個能將海量多感測器說去到的影像數據轉換為細節紋理格網的軟體。

Figure 12. Bentley System』s ContextCapture puts the power of creating meshes from imagery into the hands of the user at very high volumes; shown here in a web scene

希望有更多的合作方來瞭解並在他們的產品中支持i3s。

更多資源

對於用戶來說，瞭解i3s的最佳途徑是從ArcGIS Online上搜索相關數據，或者是下載ArcGIS Earth並添加場景圖層。我們在這個博客中分享了很多數據集。

  • One million 3D buildings from New York City
  • Phototextured San Francisco 3D buildings from Pictometry and PLW Modelworks
  • Vricon integrated mesh example
  • Bentley Systems integrated mesh example
  • Geodesign story map
  • South Boston Zoning code story map
  • Manhattan Air Rights viewer – custom JavaScript app

對於數據提供方或者是對技術細節感興趣的用戶，我們同樣上傳了i3s標準的文檔。希望你們能給予意見和建議，這樣我們就會進一步瞭解用戶的需求並作出改進。

下一步的計劃

雖然我們目前著重於i3s跨平臺的顯示以及部署能力，但將來，我們計劃引入更多新的數據類型，並在現有的場景圖層上逐步加入更多的分析，管理和可視化功能，三維GIS市場正在飛速發展，我們會讓i3s支持更多新技術，更完善的流程，更新的交互方式，例如虛擬現實，增強現實和三維列印。

原博客最早發布與，2016年9月14日。

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