文/VR陀螺 ZJ
文件格式和代表3D結(jié)構(gòu)的標準,如USD和glTF,對元宇宙和數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展起到了關(guān)鍵作用。但這其中也有個問題,那就是材質(zhì)表現(xiàn)方面非常缺乏一致性。供應商、藝術(shù)家和企業(yè)正通過堅持在一個特定的設計工具和渲染引擎的生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)或生成多個設計版本來緩解這些問題。
現(xiàn)在,3D行業(yè)和工業(yè)設計師正在探索促進跨平臺材質(zhì)互用性的方法。這可以讓創(chuàng)作者或企業(yè)創(chuàng)建一個新布料、裝飾品、風格、鞋子或油漆的虛擬表示,并讓它在各種工具和各種3D世界中準確渲染。
數(shù)字孿生
圖源:microsoft
但這樣的做法實際上存在兩個挑戰(zhàn)。首先,每個渲染引擎都有不同的方法來捕捉和表現(xiàn)各種光照條件下的材質(zhì)的物理外觀。其次,有多種不同的方法來表現(xiàn)材質(zhì)的物理屬性,例如它們是如何折疊、懸垂、隨風飄動或抗火的。
該行業(yè)可能需要一段時間才能在任何一種格式上達成共識。各種文件格式已經(jīng)出現(xiàn),以幫助跨工具和虛擬世界交換材質(zhì),包括U3M、AXF、MDB、MTL、KMP和SBS,但每一種都有其優(yōu)勢和劣勢。
逼真的外觀
為游戲和娛樂創(chuàng)建3D資產(chǎn)的企業(yè)正在探索更好的材質(zhì)處理技術(shù),如基于物理的渲染(PBR)可以改善虛擬世界的外觀。3D制作平臺M-XR的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官Elliott Round表示:"人們通常將材質(zhì)視為織物,但3D行業(yè)將材質(zhì)視為一種視覺事物。”
圖源:M-XR
大多數(shù)人都熟悉紅、黃、藍等原色涂料的組合方式,以創(chuàng)造各種顏色。材質(zhì)在此基礎上更進一步,用額外的紋理圖代表其他屬性,如反照率、金屬度、粗糙度、不透明度和漫反射,這就是使它變得復雜的地方。"不同的渲染引擎有不同數(shù)量的材質(zhì)屬性,"Round解釋說。"有些會有5個參數(shù),而另一些會有10個,所以它們的工作方式會略有不同。這是我們希望與其他公司一起解決的問題,以便更好地統(tǒng)一3D。"
該行業(yè)在準確渲染材質(zhì)方面歷來面臨著計算和內(nèi)存的限制。但現(xiàn)在,隨著更好的計算機和算法的出現(xiàn),這些限制開始消失。"我希望我們能達到這樣一種境界,即我們不再需要偷工減料和破解材質(zhì),因為限制因素減少了,"Round說道。"它可以變得像現(xiàn)實世界一樣統(tǒng)一。"
Round的公司一直在開發(fā)工具和技術(shù),以快速捕捉現(xiàn)實世界物體的視覺屬性,并將其融入虛擬世界。他們開始使用攝影測量和結(jié)構(gòu)光掃描等工具來捕捉3D物體。"所有這些方法都能給你帶來真正好的3D幾何,但它們都不會給你提供材質(zhì)信息。而這可以說是照片真實性的關(guān)鍵所在,"Round解釋說。這包括諸如光線如何從一個物體上反射,以及它是否被散射、吸收或透射等方面。
他的團隊還探索了紡織業(yè)中經(jīng)常使用的各種樣品掃描器。Vizoo和X-Rite等公司推出的這類掃描儀可以通過掃描布條或紙片來捕捉視覺材質(zhì)的特性,藝術(shù)家和企業(yè)隨后可以將這些特性應用于3D物體。Round說,這些掃描器確實很好,但當用于掃描整個物體時效果會大打折扣,這也促使人們研究更好的整體物體捕獲技術(shù)。Epic最近投資了M-XR,以幫助3D創(chuàng)作者擴展這些工具。
逼真的感覺
生產(chǎn)紡織品、室內(nèi)裝潢和服裝等物理材質(zhì)的公司面臨著額外的材質(zhì)挑戰(zhàn)。他們還需要使用各種工具和方法來捕捉事物的物理特性。例如,比利時紡織業(yè)巨頭Bru Textiles公司花了4年時間,為其新的Twinbru服務開發(fā)了一個準確捕捉視覺和物理特性的紡織品數(shù)字孿生的工作流程。Twinbru合作開發(fā)經(jīng)理Jo De Ridder表示:"數(shù)字孿生在物理和規(guī)格上都是物理織物的100%復制品。"
圖源:Bru Textiles
這有助于設計公司創(chuàng)建現(xiàn)實的原型,如一個新的酒店大堂,并迅速為客戶探索變化。在過去,他們必須通過樣板書來大致了解外觀,此外還需要創(chuàng)建一個模擬模型,但該模型看起來并不總是與成品相同。De Ridder說道:"擁有數(shù)字孿生體可以縮短供應鏈,降低復雜性,提高準確性。
然而,這也是一個復雜的過程。Twinbru團隊花費了數(shù)年時間來開發(fā)和精簡工作流程,以捕捉視覺和物理特性,并將這些渲染成數(shù)字孿生體。他們使用X-Rite和Vizoo掃描儀的組合來捕捉代表織物視覺方面的AXF和U3M文件。此外,他們還與Labotex合作,將紡織品的物理特性捕捉到SAP數(shù)據(jù)庫中,并將其轉(zhuǎn)換為適當?shù)奈锢硪娓袷?。他們?chuàng)造了可用于Nvidia Omniverse、Chaos Cosmos、ArchiUp和Swatchbook的織物數(shù)字孿生體。
創(chuàng)造一個更物質(zhì)化的元宇宙
改進行業(yè)合作可以通過幫助簡化其他制造和使用紡織品、涂料、布和其他材質(zhì)的公司的類似工作流程來實現(xiàn)。由3D零售聯(lián)盟發(fā)起的2020年數(shù)字織物物理學互用性調(diào)查得出結(jié)論,現(xiàn)在可以一次性測量5種織物的物理學屬性,并準確地將其轉(zhuǎn)化為多個3D服裝軟件解決方案的等效物理學值。這些屬性包括彎曲、拉伸/伸長、剪切/對角線拉伸、重量和厚度。
行業(yè)領(lǐng)導者也開始在開放標準上進行合作。例如,制造3D服裝設計軟件的Browzwear公司一直在與Vizoo公司合作,推動統(tǒng)一3D材質(zhì)(U3M)標準在時尚界的采用率。與其他格式相比,這一格式的優(yōu)點是,它可以同時捕捉織物的視覺信息和物理特性。
圖源:Browzwear
Browzwear的首席執(zhí)行官Avihay Feld表示:"我真的相信,將元宇宙發(fā)展到大規(guī)模采用的地步,需要準確表達材質(zhì)和紋理。將數(shù)字孿生體視為物理世界的快照是一個好的開始。數(shù)字孿生作為與現(xiàn)實同步的、不斷發(fā)展的現(xiàn)實圖景甚至效果更好。"
他認為,目前還不清楚元宇宙的發(fā)展方向,但很容易想象到兩種可能性。一種是偏離現(xiàn)實的元宇宙,在那里,虛擬世界違背了物理規(guī)律。另一種是模仿現(xiàn)實的元宇宙,因此用戶會有類似于現(xiàn)實世界中可能出現(xiàn)的體驗。
他認為,在第二種情況下,真實呈現(xiàn)事物的視覺和物理屬性將至關(guān)重要。在虛擬世界中擁有現(xiàn)實的東西將使它更有沉浸感和吸引力,同時它也將使元宇宙能夠支持各種用例。其中一個主要的案例是商業(yè),這指的不是嚴格意義上的數(shù)字項目,而是現(xiàn)實生活中的物品。在這第二種情況下,從可視化紋理和模擬物體物理學的角度來看,擁有真正的數(shù)字孿生將非常重要。
Feld說道:"這兩種可能性或?qū)⒉⒋?,但如果沒有真實的體驗,元宇宙很可能仍然是技術(shù)人士腦海中的幻想世界,而不是有可能帶來變革的新宇宙。”
原文鏈接:
https://venturebeat.com/2022/05/31/ironing-out-the-material-challenge-for-the-metaverse-and-digital-twins/
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