昨天提到了圖磚(Tiles)的切法。不過值得注意的是，在範例中的 OSM 和 NLSC 圖磚，其提供的格式都是「圖片」。咦?「圖」磚不就是一塊塊正方形的圖片嗎? 其實在英文裡，Tile 僅僅只有「磚」的意思，只是中文習慣稱作「圖磚」（我猜是「地圖磚塊」的簡稱吧?）

以圖片為格式的圖磚，被稱作點陣圖磚(Raster Tile)。與之相對地，還有被稱為向量圖磚(Vector Tile)的種類。

點陣圖磚(Raster Tile)

原始的 GIS 資料已經預先渲染，因此圖磚的內容就是客戶端看到的地圖，前端毋需任何額外操作即可使用。這也意味著對終端使用者來講，硬體的性能不需要太高。與之相對地，伺服器端要產生點陣圖磚，會需要投入相對多的資源。

點陣圖磚一般會有 256x256 或 512x512 等兩種圖片大小，單一圖磚的大小可能從數十到數百KB不等。考量到圖片解析度，一張地圖需要由多個點陣圖磚組成，對頻寬的需求不可謂不大，在地圖上平移和縮放期間的載入時間可能會更長。

向量圖磚(Vector Tile)

向量圖磚則並非由影像組成，它的內容通常由點、線段或多邊形等地理資訊，以及各種自訂屬性的資料組成。地圖公司 Mapbox 於 2014 年提出 Mapbox Vector Tile 標準，簡寫為 MVT。通常來講，雖然 Google Map 也使用不公開規格的向量圖磚，但由於 MVT 是開放的標準，普及度較高，一般網路上在講的向量圖磚指的就是這種格式。

也因為它僅僅包含原始資料，客戶端取得後需要使用自訂的樣式進行渲染，接著才是人眼可見的地圖。樣式檔案通常是一份文字文件，定義哪些種類的地圖元素需要呈現哪種外觀，以及使用什麼字體和語言來渲染各種標籤。

與點陣圖磚比較，既然一切都在客戶端渲染，那麼向量圖磚就可以輕鬆地以最少的資源動態更新地圖的外觀。地圖在所有縮放層級上都可以銳利地顯示，而不會有點陣圖磚的解析度問題。

向量圖磚會因為所在位置和需求而包含不同原始資料，因此大小變化很大（例如，空無一物的海上和路網交錯的城市，其大小可能分別為 <1KB 和數百KB）。但就最普遍的圖磚服務來講，平均下來，其大小約為點陣圖磚的 20-50%，因此比較起來傳輸時間更短，處理所需的資源也更少。

MVT 是由 pbf(Protocol Buffers/protobufs) 格式所包裏，這種由 Google 公開標準的格式類似於一種壓縮方法，使用.proto來定義資料結構。MVT 的 .proto 檔內容大致如下：

package vector_tile;
option optimize_for = LITE_RUNTIME;

message Tile {

        ...
        enum GeomType {
             UNKNOWN = 0;
             POINT = 1;
             LINESTRING = 2;
             POLYGON = 3;
        }

        ...
        message Value {
            ...
        }

        // Features are described in section 4.2 of the specification
        message Feature {
                optional uint64 id = 1 [ default = 0 ];

                // Tags of this feature are encoded as repeated pairs of
                // integers.
                ...
                repeated uint32 tags = 2 [ packed = true ];

                // The type of geometry stored in this feature.
                optional GeomType type = 3 [ default = UNKNOWN ];

                ...
                repeated uint32 geometry = 4 [ packed = true ];
        }

        // Layers are described in section 4.1 of the specification
        message Layer {
                ...

                required string name = 1;

                // The actual features in this tile.
                repeated Feature features = 2;

                ...
        }
        
        repeated Layer layers = 3;
        ...
}

這邊並不對 .proto 檔案的語法作過多描述。不過只要大致掃一下，從檔案內容中也不難猜到 MVT 的資料結構：

1. 一個 MVT 圖磚被表述為一個 Tile
2. 一個 Tile 內可包含多個 Layer
3. 一個 Layer 內可包含多個 Feature
4. 一個 Feature 內可包含多個 tag，用以表示各種自訂屬性
5. 一個 Feature 的 GeomType(幾何性質) 一定是 UNKNOWN（未知）, POINT（點）, LINESTRING（線段）, POLYGON（多邊形）任一種
6. 一個 Feature 的幾何形狀由 geometry 決定

因此由下至上，我們可以說圖磚內包含的基本單位是 Feature，它有自己在圖磚空間中的形狀位置，也有一堆屬性可以定義。而一群相關的 Feature 可以組成一個 Layer。

例如在實務上，圖磚製作者可能將一堆建築物的 Feature 組成名稱為 buildings 的 Layer，一堆道路的 Feature 組成名稱為 transportation 的另一個 Layer。

用 Layer 分組的好處在於：渲染地圖時，樣式檔案可以根據 Layer 來定義規則，一次渲染其內含有的所有 Feature! （當然根據 Feature 的各種屬性值，同一 Layer 內的 Feature 其渲染的結果也可能不同）

結語

向量圖磚正是本次系列文的主角，和點陣圖磚比起來有以下優缺點：

優點：

• 尺寸更小: 對伺服器空間的需求更低
• 更低的網路耍求
• 更快的載入時間
• 流暢的縮放體驗
• 在不增加檔案大小的情況下，在所有縮放層級上顯示高解析度的地圖
• 可自訂義渲染樣式

缺點：

• 渲染在終端使用者的設備上，對硬體需求較高

我會在之後的文章中提到如何利用開源軟體自行產製向量圖磚，並製作相應的渲染樣式。