Bessere Dateiformate und Standards zur Darstellung von 3D-Strukturen wie USD und glTF haben eine entscheidende Rolle bei der Weiterentwicklung des Metaversums und der digitalen Zwillinge gespielt. Weitaus weniger Einigkeit herrscht hingegen über die Repräsentation von Materialien. Anbieter, Künstler und Unternehmen lösen diese Probleme heute, indem sie sich an ein bestimmtes Ökosystem von Design-Tools und Rendering-Engines halten oder mehrere Versionen erstellen.

Jetzt suchen die 3D-Industrie und Industriedesigner nach Möglichkeiten, die Interoperabilität von Materialien über Tools hinweg zu fördern. Dies könnte es Designern oder Unternehmen ermöglichen, eine virtuelle Darstellung von neuen Stoffen, Polstern, Stilen, Schuhen oder Farben zu erstellen und diese über verschiedene Tools und 3D-Welten überall genau wiederzugeben.

Es gibt tatsächlich zwei sich ergänzende Herausforderungen bei der materiellen Interoperabilität. Erstens hat jede Rendering-Engine einen anderen Ansatz zum Erfassen und Darstellen der physikalischen Erscheinung von Materialien unter verschiedenen Lichtbedingungen. Zweitens gibt es mehrere Möglichkeiten, die physikalischen Eigenschaften von Materialien darzustellen, z. B. wie sie sich falten, drapieren, sich anfühlen, im Wind wehen oder Feuer widerstehen.

Es könnte eine Weile dauern, bis sich die Branche auf ein Format konvergiert. Verschiedene Dateiformate sind entstanden, um den Austausch von Materialien über Tools und virtuelle Welten hinweg zu unterstützen, darunter U3M, AXF, MDB, MTL, KMP und SBS, jedes mit seinen Stärken und Schwächen. Es kann sein, dass branchenspezifische Formate innerhalb ihrer jeweiligen Domänen dominieren, während andere domänenübergreifend verwendet werden.

Ein realistisches Aussehen

Unternehmen, die 3D-Assets für Spiele und Unterhaltung erstellen, untersuchen, wie bessere Materialverarbeitungstechniken wie Physically Based Rendering (PBR) das Aussehen virtueller Welten verbessern können. „Die Leute denken bei einem Material normalerweise an einen Stoff, aber die 3D-Industrie spricht von Materialien als etwas Visuelles“, sagte Elliott Round, Mitbegründer und CTO von M-XR, einer 3D-Produktionsplattform, gegenüber VentureBeat.

Die meisten Menschen sind mit der Art und Weise vertraut, wie Primärfarben wie Rot, Gelb und Blau kombiniert werden, um eine Vielzahl von Farben zu erzeugen. Materialien gehen noch einen Schritt weiter mit zusätzlichen Textur-Maps, die andere Eigenschaften wie Albedo, Metallgehalt, Rauheit, Opazität und Streuung darstellen. Hier wird es kompliziert. „Unterschiedliche Render-Engines haben unterschiedliche Mengen an Materialeigenschaften“, erklärte Round. „Einige werden fünf Parameter haben, während andere zehn haben können, sodass sie alle etwas anders funktionieren können. Das hoffen wir mit anderen Unternehmen zu lösen, um 3D ein bisschen besser zu vereinheitlichen.“

Die Industrie ist traditionell mit Rechen- und Speicherbeschränkungen konfrontiert, um Materialien genau wiederzugeben. Aber jetzt fallen diese Einschränkungen mit besseren Computern und Algorithmen allmählich weg. „Ich hoffe, dass wir an eine Position kommen, an der wir nicht länger irgendwelche Abstriche machen und Materialien hacken müssen, weil es weniger Einschränkungen gibt“, sagte Round. „Es könnte wie in der realen Welt vereinheitlicht werden.“

Sein Unternehmen hat Werkzeuge und Techniken entwickelt, um die visuellen Eigenschaften realer Objekte schnell in virtuelle Welten zu übertragen. Sie begannen mit der Verwendung von Tools wie Photogrammetrie und strukturiertem Lichtscannen, um 3D-Objekte zu erfassen. „All diese Ansätze liefern Ihnen wirklich gute 3D-Geometrie, aber keiner von ihnen liefert Ihnen Materialinformationen. Und das ist wohl der Schlüssel zum Fotorealismus“, erklärte Round. Dazu gehören Aspekte, wie Licht von einem Objekt reflektiert wird und ob es gestreut, absorbiert oder durchgelassen wird.

Sein Team untersuchte auch verschiedene Arten von Musterscannern, die häufig in der Textilindustrie verwendet werden. Diese Arten von Scannern von Unternehmen wie Vizoo und X-Rite können visuelle Materialeigenschaften erfassen, indem sie Stoffmuster oder Papierstücke scannen. Künstler und Unternehmens-Apps können diese später auf 3D-Objekte anwenden. Round sagte, dass diese Scans wirklich gut sind, aber nicht besonders gut zum Scannen eines ganzen Objekts funktionieren, was die Forschung nach besseren Techniken zur Erfassung ganzer Objekte anregt. Epic hat kürzlich in M-XR investiert, um diese Tools für 3D-Entwickler zu skalieren.

Ein realistisches Gefühl

Unternehmen, die physische Materialien wie Textilien, Polstermöbel und Bekleidung herstellen, stehen vor zusätzlichen materiellen Herausforderungen. Sie müssen auch das physische Gefühl der Dinge mit verschiedenen Tools und Ansätzen erfassen. Beispielsweise hat Bru Textiles, ein belgischer Textilgigant, vier Jahre damit verbracht, einen Arbeitsablauf zur Erfassung visuell und physisch korrekter digitaler Textilzwillinge für seinen neuen zu entwickeln Twinbru Service. Twinbru Partnership Development Manager Jo De Ridder sagte gegenüber VentureBeat: „[The digital twin] ist eine 100%ige Nachbildung des physischen Gewebes, sowohl physisch als auch in Bezug auf die Spezifikation.“

Dies hilft Designfirmen, realistische Prototypen zu erstellen, z. B. eine neue Hotellobby, und schnell Variationen für Kunden zu erkunden. In der Vergangenheit mussten sie den Look durch ein Musterbuch annähern und ein Mockup erstellen, das nicht immer so aussah wie das fertige Produkt. „Digitale Zwillinge verkürzen die Lieferkette, reduzieren die Komplexität und erhöhen die Genauigkeit“, sagte De Ridder.

Es ist jedoch ein komplexer Prozess. Das Twinbru-Team brauchte Jahre, um den Arbeitsablauf zu entwickeln und zu rationalisieren, um die visuellen und physischen Eigenschaften zu erfassen und diese in digitale Zwillinge umzuwandeln. Sie verwendeten eine Kombination aus X-Rite- und Vizoo-Scannern, um AXF- und U3M-Dateien zu erfassen, die visuelle Aspekte der Stoffe darstellen. Außerdem arbeiteten sie mit Labotex um die physikalischen Eigenschaften des Textils in einer SAP-Datenbank zu erfassen, die in das entsprechende Physik-Engine-Format konvertiert wird. Sie haben digitale Zwillinge des Stoffs erstellt, der für Nvidia Omniverse, Chaos Cosmos, ArchiUp und Swatchbook verfügbar ist.

Eine verbesserte Zusammenarbeit in der Branche könnte dazu beitragen, ähnliche Arbeitsabläufe für andere Unternehmen zu rationalisieren, die Textilien, Farben, Stoffe und andere Materialien herstellen und damit arbeiten. Ein 2020 Interoperabilität von Digital Fabric Physics Eine Umfrage der 3D Retail Coalition kam zu dem Schluss, dass es jetzt möglich ist, fünf Stoffphysikattribute einmal zu messen und diese genau in die äquivalenten physikalischen Werte für mehrere 3D-Bekleidungssoftwarelösungen zu übersetzen. Dazu gehören Biegung, Dehnung/Dehnung, Scherung/Diagonaldehnung, Gewicht und Dicke.

Branchenführer beginnen auch, an offenen Standards zusammenzuarbeiten. Beispielsweise arbeitet Browzwear, ein Hersteller von 3D-Modedesign-Software, mit Vizoo zusammen, um die Einführung des Unified 3D Material (U3M)-Standards in der Modebranche voranzutreiben. Ein großes Plus im Vergleich zu anderen Formaten ist, dass es sowohl die visuellen Informationen als auch die physikalischen Eigenschaften des Stoffes erfassen kann.

„Ich bin fest davon überzeugt, dass die Weiterentwicklung des Metaversums bis zur Massenakzeptanz erfordert, dass Materialien und Texturen genau dargestellt werden“, sagte Avihay Feld, CEO von Browzwear, gegenüber VentureBeat. „Synthetische Visionen mit digitalen Zwillingen als eingefrorene Momentaufnahmen der physischen Welt sind ein guter Anfang. Noch besser sind digitale Zwillinge als sich entwickelndes und mit der Realität synchronisiertes Abbild der Realität.“

Er argumentiert, dass es nicht klar ist, wohin das Metaverse geht, aber es ist leicht, sich zwei Möglichkeiten vorzustellen. Das eine ist ein Metaversum, das eine Abkehr von der Realität darstellt, in dem virtuelle Welten den Gesetzen der Physik trotzen. Das andere ist ein Metaverse, das die Realität nachahmt, sodass Benutzer Erfahrungen machen, die denen in der realen Welt entsprechen.

Er glaubt, dass eine naturgetreue Darstellung sowohl der visuellen als auch der physikalischen Eigenschaften in diesem zweiten Fall unerlässlich sein wird. Realistische Dinge in der virtuellen Welt zu haben, wird sie immersiver und überzeugender machen, aber es wird dem Metaversum auch ermöglichen, eine Vielzahl von Anwendungsfällen zu unterstützen. Eine wichtige davon ist der Handel, nicht mit rein digitalen Artikeln, sondern mit realen Objekten. In diesem zweiten Fall ist es von entscheidender Bedeutung, echte digitale Zwillinge zu haben, um Texturen zu visualisieren und die Physik eines Objekts zu simulieren.

„Es ist möglich, dass diese beiden Möglichkeiten koexistieren, aber ohne die realitätsgetreuen Erfahrungen wird das Metaversum wahrscheinlich eine Fantasiewelt für Technikbegeisterte bleiben, anstatt das transformative neue Universum zu sein, das es sein könnte.“ sagte Feld.