《Environmental Modelling & Software》：Visualization of Urban Digital Twins on the web with attribute-driven adaptive tiling
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WebGPU与OGC 3D Tiles 1.1标准结合实现高性能Web端3D城市模型渲染与流式处理，支持大规模数据交互与无本地部署，通过实际案例验证性能提升达7倍。
Ziya Usta | Alper Tunga Ak?n | Ken Arroyo Ohori | Jantien Stoter
3D地理信息，城市数据科学，代尔夫特理工大学，代尔夫特，2628 BL，荷兰
摘要
尽管3D城市模型（3DCMs）和城市数字孪生（UDTs）的使用日益增加，但用于处理和可视化的网络工具仍然很少。我们提出了一种可互操作的高性能网络应用程序，该应用程序由3D平铺器和WebGPU查看器组成，能够按照开放标准对城市数据集进行可扩展的转换、流式传输和渲染。该系统允许用户无需本地安装即可交互式地探索大规模3DCMs。一个展示3DCM质量验证结果的示例证明了其实际价值。实验表明，3D Tiles 1.1标准实现了可扩展的数据管理以及更丰富的交互体验，而WebGPU在现代硬件上的渲染性能提升了7倍。通过展示这一解决方案和使用案例，我们旨在促进下一代基于网络的3D地理空间、数字孪生和元宇宙解决方案的发展。
部分内容摘录
软件和数据可用性
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开发者：Ziya Usta
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联系信息：
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首次可用日期：2025年6月2日
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所需软件：Anaconda, NodeJS
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编程语言：Python, JavaScript, HTML
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详细文档位于共享仓库的Wiki部分。
3D地理空间数据的流式传输标准
为了高效传播大量3D数据，需要将数据分解成较小的块。为此，OGC社区制定了两个标准：OGC 3D Tiles和I3S。OGC 3D Tiles最初由Cesium开发，是一种用于流式传输和渲染大规模异构3D地理空间数据集的开放标准。OGC 3D Tiles基于glTF 3D格式，并于2019年被采纳为OGC社区标准（Open Geospatial Consortium, 2019）。I3S则由ESRI引入。
相关工作
近年来，越来越多的研究和软件开发集中在高效可视化和交付大规模3D地理空间数据上，特别是通过使用OGC 3D Tiles及相关网络技术。虽然一些学术研究探讨了3D Tiles集成的各个方面——从基于API的交付方法到实时模拟和BIM可视化——但现有工具往往存在显著局限性。大多数解决方案要么缺乏完全基于网络的
根据OGC 3D Tiles 1.1实现的3D平铺器
OGC 3D Tiles 1.1的实现包括两个主要组件：3D平铺器和3D查看器。整体系统架构如图1所示。
客户端操作负责数据导入，用户以CityJSON格式提供数据集。客户端还负责可视化，使用支持WebGPU和WebGL后端的3DTilesRendererJS。这种双后端能力使得可以在不同的硬件配置上进行性能对比分析。
用例
在以下用例中，通过两个代表性的分类属性“roofType”和“isWatertight”展示了基于属性的平铺方式。选择这些属性是基于确保透明度、可重复性和方法论清晰性的系统化考虑。roofType属性常见于许多CityJSON数据集中，是适用于跨数据集平铺场景的合适示例。相比之下，“isWatertight”是一个
3D平铺器的性能和互操作性
使用4个不同的CityJSON数据集（鹿特丹、蒙特利尔、纽约和苏黎世）测试了3D平铺器的性能。这些数据集是公开数据集，可在CityJSON.org（2025）找到。关于数据集以及生成3D瓦片集所需时间的信息见表3。
对于前三个数据集（鹿特丹、蒙特利尔和纽约），每个瓦片的处理时间几乎与元素总数成线性增长。每百万元素的处理时间成本约为20毫秒
结论
本文探讨了用于基于网络的城市数字孪生（UDTs）可视化的新标准，特别是OGC 3D Tiles 1.1和WebGPU。为此，开发了两个基于网络的软件组件来实现这些标准。
EXT_mesh_features和EXT_structural_metadata等关键特性显著提高了3D地理空间模型中属性整合的精度和交互性。这些新特性使得用户能够更精细地控制
CRediT作者贡献声明
Ziya Usta：撰写——原始草稿，可视化，方法论。
Alper Tunga Ak?n：撰写——原始草稿，可视化，方法论。
Ken Arroyo Ohori：撰写——审稿与编辑，监督，研究。
Jantien Stoter：撰写——审稿与编辑，监督，研究。
资助
本工作得到了土耳其科学技术研究委员会（TüB?TAK）的支持，申请编号为1059B142301188 和 1059B192402172。
