Servicios de nube para visualización

Universidad Nacional Autónoma de México

Imagen que contiene interior, oscuro, luz, iluminado

Descripción generada automáticamente

Dirección General de Cómputo y de Tecnologías de información y Comunicación

Servicios basados en nube para visualización de modelos 3d.

MDCV Franco Serrano Víctor Hugo

UNAM DGTIC DVRV

Ciudad Universitaria, 2022.

Resumen

Los servicios basados en nube para la visualización de contenidos tridimensionales son una realidad útil en la vida del docente y el alumno, los más conocidos son Sketchfab, EON-XR, 3d Warehouse, Sayduck, empresas como Epic games han puesto a disposición de los usuarios servicios como Twinmotion cloud y más recientemente la empresa Nvidia ha lanzado su servicio CloudXR que permite potencializar a través de Omniverse la visualización profesional de contenido 3d que si bien es basada en web, emplea maquinas virtualizadas con GPU para su funcionamiento, por lo que no es un servicio de visualización en nube, más bien es un servicio de visualización remota.

Cada uno de estos servicios le permite al usuario al menos realizar la visualización poligonal de los modelos, en casos más complejos animaciones y simulaciones [Cloud XR] que al ser usadas en conjunto con las sesiones presenciales o como contenido adicional a revisar fuera del aula puede ayudar a entender los conceptos de mejor manera. Se establecen los parámetros y analizan los resultados en los que se encuentra que algunas plataformas son más robustas por su compatibilidad con formatos de modelos y texturas, así como de la posibilidad de manejo de geometrías cono animación esqueletal, estableciendo al servicio web Sketchfab como el más robusto y equilibrado.

Introducción

La visualización de contenido tridimensional basada en web es una exploración que lleva muchos años, al principio el uso de lenguajes de etiquetas como VRML y su extensión WRL permitieron un acercamiento mas tangible de estos para la mayoría de los interesados, esto evoluciono con el tiempo migrando a formatos más robustos como lo fue X3D, estos formatos permitían representar mejor las superficies que se querían mostrar e incorporaban nuevas funciones a los mundos virtuales.

En la realidad contemporánea las soluciones basadas en Web GL han sido las más aceptada por el mercado y las de mejor compatibilidad con los dispositivos actuales, es por eso que muchos contenidos tanto en web como instalados en dispositivos móviles funcionan con esta tecnología y hace uso de versiones simplificadas de otras tecnologías usadas comúnmente en computadoras de escritorio y consolas de videojuegos.

Las nuevas formas de acercarse a los contenidos permiten experiencias mas completas en las que el docente puede mostrar conceptos de manera eficiente adicional a los medios que ya usaba en clase, estos medios son en su mayoría limitados a un espacio bidimensional y con el uso de contenidos tridimensionales pueden explicarse elementos o fenómenos adicionales que seria imposible desde un solo punto de vista bidimensional.

Método

A través de un contenido tridimensional prototipo se explorarán las plataformas existentes y se encontrarán sus limitaciones y posibilidades, así como el posible uso que a este se le den en la demostración de clases o elementos similares útiles para los académicos y alumnos.

Para comenzar se realizará la identificación de requerimientos de contenidos a usar como prototipo para el análisis de las plataformas web de visualización de modelos tridimensionales texturizados y en algunos casos animados mediante animación esqueletal.

El análisis de la plataforma existente comienza con su posibilidad de visualización y el rango de compatibilidad de la misma con formatos tridimensionales existentes o de uso común por la comunidad universitaria, continua con las características de importación de cada una de estas, pues debido a que algunas de ellas presentan limitaciones notables en rubros en donde los contenidos tridimensionales no se visualizarán de forma correcta [por ejemplo la animación esqueletal], es un paso del análisis de gran interés, una vez que se ha realizado el análisis de importación se debe realizar el mismo con los elementos relacionales de materiales y texturas, en este rubro se debe considerar los formatos de imágenes compatibles y sus limitaciones, así como la compatibilidad con modelos de iluminación y materiales preexistentes en los programas de creación de contenido digital o DCC [Digital Content Creators] por sus siglas en inglés.

Tabla de análisis de plataformas

Plataforma Formatos compatibles Formato de imágenes compatibles Modelo de iluminación
  Sketchfab   OBJ, Blender, FBX y GLTF   3DS, Alembric, Collada, IGES, LIDAR, PLY, STL y USD   JPG, PNG, TIFF, TGA, DDS, GIF, BMP y VTF

[con una resolución máxima de 8192px y hasta 75MB, así como imágenes RGB  lineales]

PBR

EON-XR

GLTF, OBJ, FBX y SKP, contiene conexión con Sketchfab

JPG [soporte adicional para imágenes 360, pdf, video y audio]

Phong

3d Warehouse

SKP

JPG y PNG

Phong

Sayduck

GLTF y OBJ

3DS, 3MF, DAE, STL y FBX

PNG y JPG

PBR

Twinmotion cloud

Solo funciona desde twinmotion UDATASMITH, FBX, SKP, OBJ, C4D, 3DS, DAE, DXF, IV, LW, LWB, LWM, LWO, LWS, LXO, PLY, STL, WRL, WRL97, VRML y X

TXT, XYZ, PTS, E57, LAS y LAZ

BMP, DDS, GIF, JPG, PNG, PSD, TGA y TIF

PBR

CloudXR – Omniverse

Este servicio hace uso de la plataforma omniverse la cual permite el uso del formato de descripción universal de escena o USD [Universal Scene Description] por sus siglas en inglés. También es posible convertir formatos fbx, obj y gltf a través de un servicio de conversión en línea.

BMP, DDS, EXR, GIF, HDR, JPG, TIF, PNG, PSD, y TGA

PBR

El modelo prototipo está diseñado con base en los usos generales de contenido, muchos de estos son modelos que se catalogan como superficies duras, así que como complemento a esto emplearé un modelo prototipo que sea de superficies blandas animado a través de un sistema esqueletal, de esta forma podre construir un ejemplo práctico en el que se podrá experimentar el uso en los servicios 3d basados en nube.

Los modelos a su vez incorporan materiales y texturas que permitan identificar las limitaciones de cada servicio, en los que se pretende probar modelos que empleen el modelo de iluminación PBR, incorporando algunos texturas adicionales para efectos como la emisión y la transparencia por textura.

Basado en la tabla de referencias de compatibilidad entre formatos se prepararán los contenidos  a usar y se realizará la inspección minuciosa de cada uno dentro de las plataformas web, durante este proceso se realizará un análisis de cada elemento de forma individual definiendo que partes deberán ser omitidas por las limitaciones de cada plataforma.

Como ejercicio adicional se realizará la prueba de importación de elementos orgánicos animados mediante sistemas esqueletales, considerando a su vez si las plataformas permiten su uso a través de la compatibilidad entre formatos,también se realizara la verificación usando el servicio omniverse para XRCLOUD, tratando de replicar los procesos realizados en los servicios web anteriores.

Tabla de verificación de opciones y limitantes

Plataforma Limitantes por formato Limitantes por deformadores Limitantes por modelo de iluminación
  Sketchfab   Alta compatibilidad entre formatos   Los deformadores nativos de aplicaciones no permiten su lectura por lo que deben ser convertidos a través de proceso de precálculo [Baking].   Permite la incorporación de modelos con deformación a través de sistema esqueletal para cuerpos blandos y además de soportar animación tridimensional.     El modelo de iluminación presenta pocas limitaciones, al emplear el modelo PBR e incorporar la posibilidad de uso de texturas para efectos como la emisión y la traslucidez.
  EON-XR   La versatilidad de formatos que integra permite una integración fácil de contenidos.     Se desconoce las limitaciones de la plataforma.     Los materiales que se presentan en la plataforma no son muy realistas.  
  3d Warehouse   Debido a que solo permite el uso de formato skp sus posibilidades se limitan a las mismas que el programa permite.   Los deformadores nativos de sketchup son compatibles, pero no permite el uso de animación esqueletal y solo permite animación simple   El modelo de iluminación solo permite la incorporación de texturas simples que permite representar superficies básicas.  
  Sayduck   La versatilidad de formatos que integra permite una integración fácil de contenidos.       Las limitaciones de integración de deformadores para animación esqueletal no permiten su incorporación en la plataforma.     Este servicio web emplea un modelo de iluminación basado en física de las superficies por lo que permite representar materiales de buena calidad visual.  
  Twinmotion cloud   Debido a la necesidad de uso de la aplicación twinmotion para alimentar el servicio en nube los formatos se limitan a los propios de la aplicación.     No es posible incorporar modelos animados a través de animación esqueletal, únicamente es posible hacer uso de las librerías preincorporadas en la aplicación.     El modelo de iluminación permite tener acabados de alta fidelidad e incorporar efectos de post-procesamiento como la emisión.  
  CloudXR – Omniverse   El formato compatible es USD lo cual limita a este los contenidos, este permite importar modelos.     Las limitaciones de integración de deformadores para animación esqueletal no permiten su incorporación en la plataforma.       Este servicio web emplea un modelo de iluminación basado en física de las superficies por lo que permite representar materiales de buena calidad visual.    

Resultados y discusión

La mayor parte de las plataformas permiten la incorporación de modelos tridimensionales con texturas, pero pocas son las que además brindan soporte para objetos con animación esqueletal, la carencia de esta opción limita el tipo de contenido a compartir, por lo que por el momento la plataforma web más robusta desde ese punto de vista es sketchfab, aunque visto desde el punto de vista de las posibilidades de interacción se limita a ser un visor de modelos.

En cuanto a la interactividad y posibilidades de ampliar la experiencia de solo un visor de modelos EON-XR es una mejor opción, pues permite establecer comportamientos más complejos, aunque adolece de una calidad visual alta, Nvidia Cloud XR es una de las plataformas que también posee gran capacidad de interacción, pero que además brinda una gran calidad visual al ofrecer materiales PBR y cálculo de iluminación por raytracing.

Conclusiones

Basado en los resultados puede concluirse que la opción más robusta para la visualización de modelos 3d en servicios basados en nube es Sketchfab, pues cumple con las mejores características de compatibilidad, calidad visual, facilidad de uso e incorporación en sitios web, una amplia comunidad con contenidos gratuitos y con costo y gran compatibilidad entre formatos de modelos, soporte para texturas en formatos usuales y posibilidad de uso de animación esqueletal.

Trabajo a futuro

Explorar la incorporación de contenido web compatible con AR a través del sistema de la empresa Google [ WEB XR ] en el que puede incorporarse de forma sencilla contenidos tridimensionales simples para su visualización interactiva en línea o a través de dispositivos móviles compatibles que permitan ver estos en realidad aumentada y virtual.

Referencias

Epic Games, Inc. “Twinmotion Is a Cutting-Edge Real-Time Visualization Tool.” Twinmotion, 2022, www.twinmotion.com/. Accessed 17 Nov. 2022.

Models, Materials and USD — Omniverse USD documentation. (s. f.). Recuperado 5 de noviembre de 2022, de https://docs.omniverse.nvidia.com/prod_usd/prod_usd/overview.html

‌Sayduck Ltd. “Sayduck – Leading 3D Product Visualisation Platform.” Sayduck, 2022, www.sayduck.com/. Accessed 17 Nov. 2022.

Sketchfab. “Sketchfab.” Sketchfab, 2019, sketchfab.com/.

WebXR  |  ARCore  |. (s. f.). Google Developers. https://developers.google.com/ar/develop/webxr