文/VR陀螺 ZJ

文件格式和代表3D結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)，如USD和glTF，對(duì)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(gè)問(wèn)題，那就是材質(zhì)表現(xiàn)方面非常缺乏一致性。供應(yīng)商、藝術(shù)家和企業(yè)正通過(guò)堅(jiān)持在一個(gè)特定的設(shè)計(jì)工具和渲染引擎的生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)或生成多個(gè)設(shè)計(jì)版本來(lái)緩解這些問(wèn)題。

現(xiàn)在，3D行業(yè)和工業(yè)設(shè)計(jì)師正在探索促進(jìn)跨平臺(tái)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(gè)新布料、裝飾品、風(fēng)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(zhǔn)確渲染。

數(shù)字孿生

圖源：microsoft

但這樣的做法實(shí)際上存在兩個(gè)挑戰(zhàn)。首先，每個(gè)渲染引擎都有不同的方法來(lái)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(lái)表現(xiàn)材質(zhì)的物理屬性，例如它們是如何折疊、懸垂、隨風(fēng)飄動(dòng)或抗火的。

該行業(yè)可能需要一段時(shí)間才能在任何一種格式上達(dá)成共識(shí)。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(shì)和劣勢(shì)。

 逼真的外觀 

為游戲和娛樂(lè)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(tái)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(jué)事物。”

圖源：M-XR

大多數(shù)人都熟悉紅、黃、藍(lán)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(chǔ)上更進(jìn)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(fù)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(shuō)。"有些會(huì)有5個(gè)參數(shù)，而另一些會(huì)有10個(gè)，所以它們的工作方式會(huì)略有不同。這是我們希望與其他公司一起解決的問(wèn)題，以便更好地統(tǒng)一3D。"

該行業(yè)在準(zhǔn)確渲染材質(zhì)方面歷來(lái)面臨著計(jì)算和內(nèi)存的限制。但現(xiàn)在，隨著更好的計(jì)算機(jī)和算法的出現(xiàn)，這些限制開(kāi)始消失。"我希望我們能達(dá)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?yàn)橄拗埔蛩販p少了，"Round說(shuō)道。"它可以變得像現(xiàn)實(shí)世界一樣統(tǒng)一。"

Round的公司一直在開(kāi)發(fā)工具和技術(shù)，以快速捕捉現(xiàn)實(shí)世界物體的視覺(jué)屬性，并將其融入虛擬世界。他們開(kāi)始使用攝影測(cè)量和結(jié)構(gòu)光掃描等工具來(lái)捕捉3D物體。"所有這些方法都能給你帶來(lái)真正好的3D幾何，但它們都不會(huì)給你提供材質(zhì)信息。而這可以說(shuō)是照片真實(shí)性的關(guān)鍵所在，"Round解釋說(shuō)。這包括諸如光線如何從一個(gè)物體上反射，以及它是否被散射、吸收或透射等方面。

他的團(tuán)隊(duì)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(lèi)掃描儀可以通過(guò)掃描布條或紙片來(lái)捕捉視覺(jué)材質(zhì)的特性，藝術(shù)家和企業(yè)隨后可以將這些特性應(yīng)用于3D物體。Round說(shuō)，這些掃描器確實(shí)很好，但當(dāng)用于掃描整個(gè)物體時(shí)效果會(huì)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(kuò)展這些工具。

 逼真的感覺(jué) 

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(lái)捕捉事物的物理特性。例如，比利時(shí)紡織業(yè)巨頭Bru Textiles公司花了4年時(shí)間，為其新的Twinbru服務(wù)開(kāi)發(fā)了一個(gè)準(zhǔn)確捕捉視覺(jué)和物理特性的紡織品數(shù)字孿生的工作流程。Twinbru合作開(kāi)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(fù)制品。"

圖源：Bru Textiles

這有助于設(shè)計(jì)公司創(chuàng)建現(xiàn)實(shí)的原型，如一個(gè)新的酒店大堂，并迅速為客戶探索變化。在過(guò)去，他們必須通過(guò)樣板書(shū)來(lái)大致了解外觀，此外還需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)模擬模型，但該模型看起來(lái)并不總是與成品相同。De Ridder說(shuō)道："擁有數(shù)字孿生體可以縮短供應(yīng)鏈，降低復(fù)雜性，提高準(zhǔn)確性。

然而，這也是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。Twinbru團(tuán)隊(duì)花費(fèi)了數(shù)年時(shí)間來(lái)開(kāi)發(fā)和精簡(jiǎn)工作流程，以捕捉視覺(jué)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(lái)捕捉代表織物視覺(jué)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(kù)中，并將其轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?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(gè)更物質(zhì)化的元宇宙 

改進(jìn)行業(yè)合作可以通過(guò)幫助簡(jiǎn)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(lèi)似工作流程來(lái)實(shí)現(xiàn)。由3D零售聯(lián)盟發(fā)起的2020年數(shù)字織物物理學(xué)互用性調(diào)查得出結(jié)論，現(xiàn)在可以一次性測(cè)量5種織物的物理學(xué)屬性，并準(zhǔn)確地將其轉(zhuǎn)化為多個(gè)3D服裝軟件解決方案的等效物理學(xué)值。這些屬性包括彎曲、拉伸/伸長(zhǎng)、剪切/對(duì)角線拉伸、重量和厚度。

行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者也開(kāi)始在開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)上進(jìn)行合作。例如，制造3D服裝設(shè)計(jì)軟件的Browzwear公司一直在與Vizoo公司合作，推動(dòng)統(tǒng)一3D材質(zhì)（U3M）標(biāo)準(zhǔn)在時(shí)尚界的采用率。與其他格式相比，這一格式的優(yōu)點(diǎn)是，它可以同時(shí)捕捉織物的視覺(jué)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(zhǔn)確表達(dá)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(gè)好的開(kāi)始。數(shù)字孿生作為與現(xiàn)實(shí)同步的、不斷發(fā)展的現(xiàn)實(shí)圖景甚至效果更好。"

他認(rèn)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(shí)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(shí)的元宇宙，因此用戶會(huì)有類(lèi)似于現(xiàn)實(shí)世界中可能出現(xiàn)的體驗(yàn)。

他認(rèn)為，在第二種情況下，真實(shí)呈現(xiàn)事物的視覺(jué)和物理屬性將至關(guān)重要。在虛擬世界中擁有現(xiàn)實(shí)的東西將使它更有沉浸感和吸引力，同時(shí)它也將使元宇宙能夠支持各種用例。其中一個(gè)主要的案例是商業(yè)，這指的不是嚴(yán)格意義上的數(shù)字項(xiàng)目，而是現(xiàn)實(shí)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(xué)的角度來(lái)看，擁有真正的數(shù)字孿生將非常重要。

Feld說(shuō)道："這兩種可能性或?qū)⒉⒋?，但如果沒(méi)有真實(shí)的體驗(yàn)，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(lái)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/