** 矢量瓦片**类似栅格瓦片，是将矢量数据用分割成矢量要素描述文件存储在服务器端，再到客户端根据指定样式进行渲染绘制地图。 mvt是mapbox 基于Google protocol buffers制定的矢量瓦片数据标准，被许多公司和组织采用。
1. 目标
本文档规定了一种节省存储空间的矢量瓦片数据编码格式。这种格式应用于客户端或服务端高效渲染或查询要素信息。
2. 文件格式
矢量瓦片文件采用Google Protocol Buffers进行编码。Google Protocol Buffers是一种兼容多语言、多平台、易扩展的数据序列化格式。
2.1. 文件后缀
矢量瓦片文件的后缀应该为mvt。例如，vector.mvt。
2.2 MIME类型
矢量瓦片的MIME类型应该设置为application/vnd.mapbox-vector-tile。
3. 投影和范围
矢量瓦片表示的是投影在正方形区块上的数据。矢量瓦片不应该包含范围和投影信息。解码方被假定知道矢量瓦片的范围和投影信息。 Web Mercator是默认的投影方式，Google tile scheme是默认的瓦片编号方式。两者一起完成了与任意范围、任意精度的地理区域的一一对应，例如https://example.com/17/65535/43602.mvt。 矢量瓦片可以用来表示任意投影方式、任意瓦片编号方案的数据。
4. 内部结构
这部分内容描述矢量瓦片的数据结构。读者需要先了解矢量瓦片protobuf编码方案文件中的结构定义。
4.1. 图层
矢量瓦片由一组命名的图层构成。每个图层包含几何要素和元数据信息。设计的图层格式能够保证图层数据能够在内存中按顺序排列，由此在图层组末尾添加一个新的图层就不用更改已有的数据。
每块矢量瓦片应该至少包含一个图层。每个图层应该至少包含一个要素。
图层必须包含一个version字段表示此图层所遵守的《矢量瓦片标准》的主版本号。例如，某个图层遵守2.1版本的标准，那么它的version字段的值则为整数2。version字段应该设定为图层的第一个字段。解码器应该首先解析version字段，以确定是否能够解析该版本的图层。当遇到一个未知版本的矢量瓦片图层时，解码器可以尝试去解析它，或者可以跳过该图层。以上两种情况下，解码器都应该继续解析后续的图层。
图层必须包含一个name字段。每块矢量瓦片必须不包含两个或两个以上的图层具有相同name值。在向一块矢量瓦片添加一个新的图层之前，编码器必须检查已有的name值以防止重复。
图层中的每个要素可以包含一个或多个key-value作为它的元数据（见下文）。所有要素的key和value被分别索引为两个列表——keys和values——为图层中的所有要素所共享。
图层keys字段的每个元素都是字符串。keys字段包含了图层中所有要素的key，并且每个key可以通过它在keys列表中的索引号引用，第一个key的索引号是0 。keys列表必须不包含两个或两个以上key是一样的。 图层values字段的每个元素是多种类型的值的编码（见下文）。values字段包含了图层中所有要素的value，并且每个value可以通过它在values列表中的索引号引用，第一个value的索引号是0 。values列表必须不包含两个或两个以上value是一样的。 为了支持字符串型、布尔型、整型、浮点型多种类型的值，对value字段的编码包含了一组optional字段。每个value必须包含其中的一个字段。
图层必须包含一个extent字段，表示瓦片的宽度和高度，以整数表示。矢量瓦片中的几何坐标可以超出extent定义的范围。超出extent范围的几何要素被经常用来作为缓冲区，以渲染重叠在多块相邻瓦片上的要素。
例如，如果一块瓦片的extent范围是4096，那么坐标的单位是瓦片长宽的1/4096。坐标0在瓦片的顶部或左边缘，坐标4096在瓦片的底部或右边缘。坐标从1到4095都是在瓦片内部，坐标小于0或者大于4096在瓦片外部。坐标(1,10)或(4095,10)在瓦片内部。坐标(0,10)或(4096,10)在瓦片边缘。坐标(-1,10)或(4097,10)在瓦片外部。
4.2. 要素
每个要素必须包含一个geometry字段。 每个要素必须包含一个type字段，该字段将在几何类型章节描述（4.3.4）。 每个要素可以包含一个tags字段。如果存在属于要素级别的元数据，应该存储到tags字段中。 每个要素可以包含一个id字段。如果一个要素包含一个id字段，那么id字段的值应该相对于图层中的其他要素是唯一的。
4.3. 几何图形编码
矢量瓦片中的几何数据被定义为屏幕坐标系。瓦片的左上角（显示默认如此）是坐标系的原点。X轴向右为正，Y轴向下为正。几何图形中的坐标必须为整数。 几何图形被编码为要素的geometry字段的一个32位无符号型整数序列。每个整数是CommandInteger或者ParameterInteger。解码器解析这些整数序列作为生成几何图形的一系列有序操作。 指令涉及到的位置是相对于“游标”的，即一个可重定义的点。对于要素中的第一条指令，游标在坐标系中的位置是(0,0)。有些指定能够移动游标，因而会影响到接下来执行的指令。
4.3.1. 指令数
CommandInteger指代所要执行的操作和执行的次数，分别以command ID和command count表示。 command ID以CommandInteger最末尾的3个比特位表示，即从0到7。command count以CommandInteger剩下的29个比特位表示，即0到pow(2, 29) - 1。 command ID、command count、和CommandInteger三者可以通过以下位运算相互转换。 CommandInteger = (id & 0x7) | (count << 3)id = CommandInteger & 0x7count = CommandInteger >> 3 每个command ID表示以下指令中的一种：
| 指令 | Id | 参数 | 参数个数 |
|---|---|---|---|
| MoveTo | 1 | dX, dY | 2 |
| LineTo | 2 | dX, dY | 2 |
| ClosePath | 7 | 无参数 | 0 |
指令数示例
| 指令 | ID | Count | CommandInteger | 二进制表示[Count][Id] |
|---|---|---|---|---|
| MoveTo | 1 | 1 | 9 | [00000000 00000000 0000000 00001][001] |
| MoveTo | 1 | 120 | 961 | [00000000 00000000 0000011 11000][001] |
| LineTo | 2 | 1 | 10 | [00000000 00000000 0000000 00001][010] |
| LineTo | 2 | 3 | 26 | [00000000 00000000 0000000 00011][010] |
| ClosePath | 7 | 1 | 15 | [00000000 00000000 0000000 00001][111] |
4.3.2. 参数数
指令的所有参数紧跟在ParameterInteger之后。跟在CommandInteger之后的ParameterIntegers个数等于指令所需要参数的个数乘以指令执行的次数。例如，一条指示MoveTo指令执行3次的CommandInteger之后会跟随6个ParameterIntegers。 ParameterInteger由zigzag方式编码得到，以使小负数和正数都被编码为小整数。将参数值编码为ParameterInteger按以下公式转换： ParameterInteger = (value << 1) ^ (value >> 31) 参数值不支持大于pow(2,31) - 1或-1 * (pow(2,31) - 1)的数值。 以下的公式用来将ParameterInteger解码为实际值： value = ((ParameterInteger >> 1) ^ (-(ParameterInteger & 1)))
4.3.3. 指令类型
以下关于指令的描述中，游标的初始位置定义为坐标(cX, cY)，其中cX指代游标在X轴上的位置，cY指代游标在Y轴上的位置。
4.3.3.1. MoveTo指令
表示MoveTo指令执行n的ParameterInteger必须立即接上n对ParameterInteger。对于(dX, dY)参数：
- 定义坐标(pX, pY)，其中pX = cX + dX和pY = cY + dY。
- 对于点要素，这个坐标定义了一个新的点要素。
- 对于线要素，这个坐标定义了一条新的线要素的起点。
- 对于面要素，这个坐标定义了一个新环的起点。
- 将游标移至(pX, pY)。
4.3.3.1. LineTo指令
表示LineTo指令执行n的ParameterInteger必须立即接上n对ParameterInteger。对于(dX, dY)参数：
- 定义一条以游标位置(cX, cY)为起点，(pX, pY)为终点的线段，其中pX = cX + dX和pY = cY + dY。
- 对于线要素，这条线段延长了当前线要素。
- 对于面要素，这条线段延长了当前环。
- 将游标移至(pX, pY)。
对于任意一对(dX, dY)，dX和dY必须不能同时为0.
4.3.3.3. ClosePath指令
每条ClosePath指令必须只能执行一次并且无附带参数。这条指令通过构造一条以游标(cX, cY)为起点、当前环的起点为终点的线段，闭合面要素的当前环。 这条指定不改变游标的位置。
4.3.4. 几何类型
要素geometry字段的type的取值必须是GeomType枚举值之一。支持的几何类型如下：
- UNKNOWN
- POINT
- LINESTRING
- POLYGON
不支持GeometryCollection类型。
4.3.4.1. Unknown几何类型
本标准有意设置一个Unknown几何类型。这种几何类型可以用来编码试验性的几何类型。解码器可以选择忽略这种几何类型的要素。
4.3.4.2. Point几何类型
POINT几何类型用来表示单点或多点几何。每个点几何的指令序列必须包含一个MoveTo指令，并且该指令的command count大于0。 如果POINT几何的MoveTo的command count为1，那么必须将其解析为单点；否则必须解析为多点，指令后面的每对ParameterInteger表示一个单点。
4.3.4.3. Linestring几何类型
LINESTRING几何类型用来表示单线或多线几何。线几何的指令序列必须包含一个或多个下列序列：
- 一个
MoveTo指令，其command count为1 - 一个
LineTo指令，其command count大于0
如果LINESTRING的指令序列只包含1个MoveTo指令，那么必须将其解析为单线；否则，必须将其解析为多线，其中的每个MoveTo指令开始构造一条新线几何。
4.3.4.4. Polygon几何类型
POLYGON几何类型表示面或多面几何，每个面有且只有一个外环和零个或多个内环。面几何的指令序列包含一个或多个下列序列：
- 一个ExteriorRing
- 零个或多个InteriorRing
每个ExteriorRing和InteriorRing必须包含以下序列：
- 一个
MoveTo指令，其command count为1 - 一个
LineTo指令，其command count大于1 - 一个
ClosePath指令
一个外环被定义为一个线性的环，当应用surveyor's formula，以多边形的节点在瓦片坐标系下的坐标计算面积时，其面积为正。在瓦片坐标系下（X向右为正，Y向下为正），外环节点以顺时针旋转。
一个内环被定义为一个线性的环，当应用surveyor's formula，以多边形的节点在瓦片坐标系下的坐标计算面积时，其面积为负。在瓦片坐标系下（X向右为正，Y向下为正），内环节点以逆时针旋转。
如果POLYGON的指令序列只包含一个外环，那么必须将其解析为单面；否则，必须解析为多面几何，其中每个外环表示一个新面的开始。如果面几何包换内环，那么必须将其编码到所属的外环之后。
线性环必须不包含异常点，例如自相交或自相切。在ClosePath之前的坐标不应该与线性环的起始点坐标相同，因为会产生零长度的线段。线性环经过surveyor's formula计算的面积不应该为0，因为这意味着环包含有异常点。 面几何必须不能有内环相交，并且内环必须被包围在内环之中。
4.3.5. 几何要素编码示例
4.3.5.1. 点要素示例
假设示例点的坐标为：
- (25, 17)
表示它只需要一条指令：
- MoveTo(+25, +17)
编码 : [ 9 50 34 ]
| | `> 解码: ((34 >> 1) ^ (-(34 & 1))) = +17
| `> 解码: ((50 >> 1) ^ (-(50 & 1))) = +25
| ===== 相对地 MoveTo(+25, +17) == 创建点 (25,17)
`> [00001 001] = command id 1 (MoveTo), command count 14.3.5.2. 多点要素示例
假设多点要素的坐标为:
- (5,7)
- (3,2)
编码需要两条指令：
- MoveTo(+5,+7)
- MoveTo(-2,-5)
编码 : [ 17 10 14 3 9 ]
| | | | `> 解码: ((9 >> 1) ^ (-(9 & 1))) = -5
| | | `> 解码: ((3 >> 1) ^ (-(3 & 1))) = -2
| | | === 相对地 MoveTo(-2, -5) == 创建点 (3,2)
| | `> 解码: ((34 >> 1) ^ (-(34 & 1))) = +7
| `> 解码: ((50 >> 1) ^ (-(50 & 1))) = +5
| ===== 相对地 MoveTo(+5, +7) == 创建点 (5,7)
`> [00010 001] = command id 1 (MoveTo), command count 24.3.5.3. 线要素示例
假设示例线要素的坐标为:
- (2,2)
- (2,10)
- (10,10)
编码需要3条指令：
- MoveTo(+2,+2)
- LineTo(+0,+8)
- LineTo(+8,+0)
编码 : [ 9 4 4 18 0 16 16 0 ]
| | ==== 相对地 LineTo(+8, +0) == 连接到点 (10, 10)
| | ==== 相对地 LineTo(+0, +8) == 连接到点 (2, 10)
| `> [00010 010] = command id 2 (LineTo), command count 2
| === 相对地 MoveTo(+2, +2)
`> [00001 001] = command id 1 (MoveTo), command count 14.3.5.4. Example Multi Linestring
4.3.5.4. 多线要素示例
假设示例要素的坐标为：
- Line 1:
- (2,2)
- (2,10)
- (10,10)
- Line 2:
- (1,1)
- (3,5)
编码需要以下指令：
- MoveTo(+2,+2)
- LineTo(+0,+8)
- LineTo(+8,+0)
- MoveTo(-9,-9)
- LineTo(+2,+4)
编码 : [ 9 4 4 18 0 16 16 0 9 17 17 10 4 8 ]
| | | | === 相对地 LineTo(+2, +4) == 连接到点 (3,5)
| | | `> [00001 010] = command id 2 (LineTo), command count 1
| | | ===== 相对地 MoveTo(-9, -9) == 新建一条线从 (1,1)
| | `> [00001 001] = command id 1 (MoveTo), command count 1
| | ==== 相对地 LineTo(+8, +0) == 连接到点 (10, 10)
| | ==== 相对地 LineTo(+0, +8) == 连接到点 (2, 10)
| `> [00010 010] = command id 2 (LineTo), command count 2
| === 相对地 MoveTo(+2, +2)
`> [00001 001] = command id 1 (MoveTo), command count 14.3.5.5. 面要素示例
假设示例面要素的坐标为：
- (3,6)
- (8,12)
- (20,34)
- (3,6) 闭合
编码需要以下指令：
- MoveTo(3, 6)
- LineTo(5, 6)
- LineTo(12, 22)
- ClosePath
编码 : [ 9 6 12 18 10 12 24 44 15 ]
| | `> [00001 111] command id 7 (ClosePath), command count 1
| | ===== 相对地 LineTo(+12, +22) == 连接到点 (20, 34)
| | ===== 相对地 LineTo(+5, +6) == 连接到点 (8, 12)
| `> [00010 010] = command id 2 (LineTo), command count 2
| ==== 相对地 MoveTo(+3, +6)
`> [00001 001] = command id 1 (MoveTo), command count 14.3.5.6. 多面要素示例
示例要素包含两个多边形，其中一个多边形有一个洞。多边形中的点如下。注意，多边形中的点环绕顺序非常重要，应为这个顺序被用来区别外环和内环。
- Polygon 1:
- 外环:
- (0,0)
- (10,0)
- (10,10)
- (0,10)
- (0,0) 闭合
- 外环:
- Polygon 2:
- 外环:
- (11,11)
- (20,11)
- (20,20)
- (11,20)
- (11,11) 闭合
- 内环:
- (13,13)
- (13,17)
- (17,17)
- (17,13)
- (13,13) 闭合
- 外环:
编码需要以下一系列指令：
- MoveTo(+0,+0)
- LineTo(+10,+0)
- LineTo(+0,+10)
- LineTo(-10,+0) // 执行这条指令后，游标的位置在(0, 10)
- ClosePath // Polygon 1结束
- MoveTo(+11,+1) // 这条指令相对于上面最后一条LineTo指令！
- LineTo(+9,+0)
- LineTo(+0,+9)
- LineTo(-9,+0) // 执行这条指令后，游标的位置在（11, 20)
- ClosePath // 这是一个新面要素，因为面积为正
- MoveTo(+2,-7) // 这条指令相对于上面最后一条LineTo指令！
- LineTo(+0,+4)
- LineTo(+4,+0)
- LineTo(+0,-4) // 执行这条指令后，游标的位置在（17, 13)
- ClosePath // 这是一个内环，因为面积为负
4.4. 要素属性
要素属性被编码为tag字段中的一对对整数。在每对tag中，第一个整数表示key在其所属的layer的keys列表的中索引号（以0开始）。第二个整数表示value在其所属的layer的values列表的中索引号（以0开始）。一个要素的所有key索引必须唯一，以保证要素中没有重复的属性项。每个要素的tag字段必须为偶数。要素中的tag字段包含的key索引号或value索引号必须不能大于或等于相应图层中keys或values列表中的元素数目。
4.5示例
例如，一个GeoJSON格式的要素如下：
{
"type": "FeatureCollection",
"features": [
{
"geometry": {
"type": "Point",
"coordinates": [
-8247861.1000836585,
4970241.327215323
]
},
"type": "Feature",
"properties": {
"hello": "world",
"h": "world",
"count": 1.23
}
},
{
"geometry": {
"type": "Point",
"coordinates": [
-8247861.1000836585,
4970241.327215323
]
},
"type": "Feature",
"properties": {
"hello": "again",
"count": 2
}
}
]
}会被结构化为：
layers {
version: 2
name: "points"
features: {
id: 1
tags: 0
tags: 0
tags: 1
tags: 0
tags: 2
tags: 1
type: Point
geometry: 9
geometry: 2410
geometry: 3080
}
keys: "hello"
keys: "h"
keys: "count"
values: {
string_value: "world"
}
values: {
double_value: 1.23
}
values: {
string_value: "again"
}
values: {
int_value: 2
}
extent: 4096
}mvt 文件在线解析
为了更加深入理解mvt，可以使用这个开源库解析矢量瓦片数据。 以下是笔者使用该库解析的一份数据： 
总结
MVT格式为了减少矢量数据存储的大小，采用以下方式：
- 充分采用了索引技术，一份矢量数据中相同的数据值（坐标、属性）只存储一份，然后通过索引去引用。
- 用指令去存储几何信息
- 不存储范围和投影信息，而假设接收方知道坐标的投影信息。
几个概念的区分：
- Google Protocol Buffers，是Google用于序列化结构化数据的语言中立、平台中立、可扩展的机制。
- Mapbox Vector 是mapbox公司一种矢量瓦片规范，采用Google Protocol Buffers进行编码。
- mapboxgl 渲染矢量数据的流程是：首先对MVT格式进行解析为一种更方便读取的格式后，在进行渲染。(https://github.com/mapbox/vector-tile-js，没有看源码，应该是解析为这个库的格式吧？)