创新体验 - 5 - 贾金原 -面向元宇宙的轻量级三维前端技术探索.pdf

1、面向元宇宙的轻量级三维前端技术探索贾 金 原同济大学软件学院同济大学软件学院智慧三维图形实验室智慧三维图形实验室中国图学学会中国图学学会网络图形学专委会网络图形学专委会Web3D与元宇宙与元宇宙Web3D与元宇宙同时起源于1992年元宇宙被称之为新一代的三维互联网马修鲍尔的元宇宙改变一切清华沈阳教授团队的元宇宙年度发展报告元宇宙呼唤与互联网相关的3D引擎技术Unity/Unreal等重量级引擎打造了一个个3D孤岛云渲染的成本（计算成本/传输成本/运营成本）太高Web3D首当其冲成为元宇宙的天然选择（用户的选择）特色：易用性/便捷性/普适性/去中心化人人上线访问漫/游/创作：随时随地随意多人协同

2、创作任意场景元宇宙呼唤新一代的轻量级Web3D引擎（轻、快、真、美、省、智）高效率、高精度、高品质、低成本、低能耗、低延迟、低频度（更新）！海量多人在线Web3D元宇宙的痛点剖析（1）l总体量瓶颈：场景总体量太大总体量瓶颈：场景总体量太大越来越大越来越大趋于无穷大趋于无穷大：l网络带宽却实在有限，相对于网络带宽却实在有限，相对于3D规模与体量的扩张显得越来越狭窄规模与体量的扩张显得越来越狭窄lWeb3D大数据的互联网传输之路永远都是一条大数据的互联网传输之路永远都是一条”窄路窄路“！l单位体量瓶颈：目前的场景文件结构没有考虑到网络传输单位体量瓶颈：目前的场景文件结构没有考虑到网络传输l图形文件

3、均以粗粒度模式来存储图形文件均以粗粒度模式来存储l不利于网上在线加载与即时渲染的细粒度化调度处理不利于网上在线加载与即时渲染的细粒度化调度处理l网页端算力与缓存的双重受限使得网页端算力与缓存的双重受限使得Web对对3D来说永远是来说永远是”窄门窄门“！l因此传统的重量级粗粒度场景文件结构以及因此传统的重量级粗粒度场景文件结构以及本地的场景管理需要改造本地的场景管理需要改造Web3D元宇宙所面临的的痛点剖析（2）l网络传输瓶颈网络传输瓶颈l初始加载时间过长，用户容忍时长仅通常仅为秒级，初始加载时间过长，用户容忍时长仅通常仅为秒级，用户耐心容易崩溃用户耐心容易崩溃l漫游时渐进式在线加载要流畅，漫游

4、时渐进式在线加载要流畅，因带宽堵塞而很容易导致因带宽堵塞而很容易导致网络网络瘫痪瘫痪l持续加载场景过多，也易造成持续加载场景过多，也易造成手机浏览器因缓存耗尽而崩溃手机浏览器因缓存耗尽而崩溃l多人同步在线并发加载大规模场景时，也易造成多人同步在线并发加载大规模场景时，也易造成服务器崩溃服务器崩溃l网页端的渲染瓶颈网页端的渲染瓶颈：网页的渲染与缓存能力都弱网页的渲染与缓存能力都弱l难以支撑在线渲染规模越来越大的场景在线渲染规模越来越大的场景l难以达到在线实时全局光照的高品质渲染难以达到在线实时全局光照的高品质渲染l用户希望用户希望Web3D在线的渲染规模与品质跟离线的在线的渲染规模与品质跟离线的

5、Unity和和Unreal差不多差不多Web3D元宇宙在线渲染的元宇宙在线渲染的关键技术关键技术l体量太大：体量太大：3D模型的轻量化预处理模型的轻量化预处理（服务器端服务器端）l去重轻数据/去冗轻传输轻传输/轻缓存与轻算力轻缓存与轻算力轻渲染轻渲染l粒度太粗：粒度太粗：3D场景的细粒度化预处理场景的细粒度化预处理（服务器端服务器端）l外壳剥离室外漫游/内体分块内体分块室内漫游/可见关联图可见关联图细粒度化传与渲l传输太慢传输太慢：3D内容的细粒度化在线传输调度内容的细粒度化在线传输调度（网络端网络端）l兴趣深度分析兴趣深度分析轻量级轻量级PVS拾取拾取渐进式传输渐进式传输对等传输预加载预加载

6、缓存管理缓存管理l云边页三端协同Web3DWeb3D算传渲一体化流程调度l渲染太差渲染太差：轻量化轻量化Web3D在线高品质渲染在线高品质渲染（网页端网页端）l增量式实例化渲染增量式实例化渲染大规模在线渲染大规模在线渲染/云烘焙云烘焙全局光照在线高品质渲染全局光照在线高品质渲染关键技术之一关键技术之一：轻量化：轻量化3D构件构件查重预处理查重预处理模型构件查重方法1.基于语义的查重初始-粗查重2.基于几何的查重再度-精查重3.基于分割的查重进而-细查重4.基于结构的查重最后-