Réflexion sur les technologies 3D de demain
Janvier 2002

Quelles seront les caractéristiques des technologies web3D de demain ? Comment les éditeurs vont-il se démarquer technologiquement ?

Ces changements vont se faire autour de 4 axes principaux :
- meilleur support des softs 3D et des librairies graphiques 3D (OpenGL / DirectX),
- intégration aux différents media web / interactivité,
- photoréalisme et qualité de rendu,
- amélioration des outils de développement.
A cela s'ajoute une touche d'originalité et d'innovation qui fait la différence...

Des textures intelligentes

Compression
Les textures sont au centre des préoccupation des éditeurs. L'aspect le plus crucial est le poids des textures : les textures occupent généralement plus de la moitié du poids total de l'objet web 3D. Aujourd'hui, les éditeurs supportent des compressions de type web (JPEG/Wavelet). Les formats PNG et GIF qui gèrent la transparence et qui ne détruisent pas la géométrie des motifs (ils agissent uniquement sur le nombre de couleur) devraient en toute logique être supportés par les technologies web 3D de demain. Il en est de même pour le format JPEG2000, qui offre une qualité visuelle bien supérieure au JPEG (pour la même taille de fichier). L'avenir des technologies de compression passera vraisemblablement par la gestion du streaming et de la résolution des textures (Mip Mapping). Imaginez des textures qui réagissent comme les images issues de Viewpoint Zoom Viewer (la résolution des textures s'adapte au niveau de zoom). La technologie Kaon montre les avantages du streaming des textures, puisque les textures s'affinent en cours de chargement. L'amélioration de la qualité visuelle des textures passe également par le filtering, le filtering/antialiasing type bicubic ou à 4 passes améliorent sensiblement le rendu. L'anisotropic filtering est également intéressant puisqu'il tient compte de la profondeur (z) pour lisser l'objet (une route qui s'éloigne vers l'horizon sera mieux représenté grâce à ce filtre). Le support de textures vectorielles (SVG, Flash, PDF) pourrait également améliorer la qualité visuelle : imaginez des textes parfaitement lissés à toutes les résolutions (idéal pour représenter les inscriptions sur un objet : ON/OFF, les logos...) !

Multi-Texturing
Les technologies actuelles ne permettent généralement pas la superposition detextures. Cette lacune empêche de reproduire les compositions de textures des logiciels 3D et des jeux vidéo. Associé avec la transparence Alpha, le multi texturing permet de représenter facilement des éléments impossibles à représenter avec une seule texture. Le Bump Mapping et les réflexions sont généralement supportés, mais leur affichage devrait être 100% hardware pour améliorer leur rendu et la vitesse d'affichage. L'effet Bump Mapping est généralement mal rendu (type emboss), il devrait disparaître au profit de technologies telles que : Dot3 bump mapping, Environment Mapped Bump Mapping et True Reflective Bump Mapping.

Textures Animées
Animer des textures ! Cette idée semble ridicule compte tenu du fait que le chargement d'images fixes pour habiller les objets est déjà très long. On imagine difficilement la lecture d'une séquence d'images ! C'est sans compter l'importance que revêt les animations Flash dans le contexte web. Une animation vectorielle ne prend pas nécessairement plus d'espace qu'une image fixe. Et puisqu'elles supportent le streaming, la situation est paradoxalement très favorable ! Viewpoint est la seule technologie à intégrer des animations flash en tant que textures, widget, background et foreground (Mayin-Walkabout intègre également un support Quicktime/Flash partiel). Certains plug-in VRML acceptent des textures au format GIF animé. Anark peut jouer des vidéos en tant que textures, tout comme Macromedia Shockwave 3D (Real).

Textures Interactives
Pour permettre un contrôle total de l'objet, on peut très bien imaginer des zones réactives sur les textures. L'idéal serait de pouvoir profiter de l'interactivité de Flash sur la texture. Imaginez un portable 3D avec un écran interactif comme une page web avec des liens, des menus ! C'est le chemin ouvert au 100% 3D : si la 3D inclus des textures 2D aux formats standards du web ! Le but serait de pouvoir intégrer dans des textures n'importe quelle page web au format HTML (cf. Woozlab)... Le principal frien est d'ordre ergonomique : comment passer de la navigation 2D à celle en 3D ?

Nouveaux Rendus, nouveaux effets

Le rendu des textures repose sur des shaders (ombrage) et sur l'application de filtres. De nouveaux shaders devraient sensiblement améliorer les performances actuelles (l'ombrage de Gouraud, Phong). Les algorithmes Per-Vertex ou Per-Pixel devraient augmenter le réalisme, et sont effectués par le processeur graphique Transform & Lighting.

Intel a montré (Siggraph 2001) des prototypes d'animations temps réel gérant des illuminations globales. Cette nouvelle technologie appelé Light field mapping permet de générer des ombres douces très réalistes. Cette technologie tirerait parti des accélérations 3D hardware.

Une autre évolution devrait se poursuivre : l'intégration des effets spéciaux. Le rendu des technologies web3D essayent de se rapprocher de celui des softs 3D. Viewpoint avec les ombres portées douces a déjà fait des efforts conséquents dans ce sens. Cult3D, B3D, Blaxxun Contact supportent les particules afin d'améliorer le rendu d'objets complexes : le feu, la fumée, l'eau... Le VRML reconnaît les brouillards, tout comme Shockwave 3D. Wildtangent, Virtools génèrent des effets type Lens Flare. D'autres effets devraient apparaître : réflexions automatiques (Openworlds), Depth of Field (profondeur de champs, effet annoncé pour Sumea), Motion Blur. L'application de tels effets en temps réel était le dernier cheval de bataille des cartes Voodoo de 3DFX.

Encore plus impressionnant : les textures Fur. Microsoft présente en démonstration des modèles 3D recouverts de poils ou de cheveux. Ces effets de fourrures (fur) sont obtenus en temps réel (carte nVidia). Le résultat est très réaliste et laisse présager des nouvelles applications web3D (démonstration Microsoft-DirectX).

Le support Hardware

Les éditeurs de technologies web3D ne savent pas quelle politique choisir face à la montée en puissance des chips graphiques. Afin de rester compatible avec les stations modestes, ils supportent un rendu software (via DirectX ou non). Intégrer des effets est délicat, car si les librairies graphiques (OpenGL et DirectX) l'intègrent plus tard, il est inutile de faire le travail deux fois de suite (sans compter les problèmes d'incompatibilité). Cette attitude d'attente est perceptible au niveau de l'antialiasing : de nombreuses technologies n'intègrent pas cette fonction car elles estiment que l'antialiasing doit être réalisé par le processeur graphique (full scene antialiasing). Mais la majorité des internautes n'ont pas encore accès à ce type de rendu... Idem pour la subdivision de surface, les éditeurs attendent l'intégration des N-Patch ou RT-Patch... Avec l'arrivée de chip graphiques programmables, la situation devrait quelque peut se clarifier en offrant la possibilité d'écrire des "fonctions cablées" spécifiques (spécifications Open GL 2.0).
Une chose est sûre, avec la monté en puissance des performances graphiques 3D, le nombre de polygones affichables simultanément ne cesse d'augmenter. Mais ce nombre de polygones ne peut augmenter indéfiniment : dans le cadre du web3D la bande passante ne permet pas de transférer des millions de polygones rapidement. Aujourd'hui, une scène web 3D classique compte entre 5 000 et 15 000 polygones (contre 2000 à 6000 il y a un an).
Les effets type Per Pixel Shading amélioreront encore une fois la qualité visuelle, car ils permettent de calculer précisément la couleur de chaque pixel, sans interpolations trop approximatives.

La Géométrie

Les NURBS et Splines étaient promises à un bel avenir - Intel en avait fait ses muses pour le lancement des instructions SSE (Pentium 3). Mais les surfaces définies de manière implicite n'ont pas eu le succès escompté. A qui la faute ? Il y a plusieurs raisons à cela : les méthodes de modélisation reposent principalement sur les polygones. Les surfaces NURBS et Splines doivent être dans tous les cas converties en polygones (triangle setup), les configurations avaient du mal à afficher ces modèles. Blaxxun Contact, Multi 3D et QedSoft intègrent des surfaces de type Spline ou NURBS. Aujourd'hui, les regards sont plutôt dirigés vers les surfaces de subdivision. Certaines technologies les supportent déjà (Superscape), mais l'adoption devrait venir des constructeur de chip graphiques qui intégreront ces surfaces.
Les techniques de compression géométrique actuelles sont assez disparates et les taux de compression inégaux. Généralement la simplification du maillage entraîne l'appauvrissement qualitatif du modèle (surtout pour les surfaces courbes). Au Siggraph 2001 des solutions de compression non destructives et gérant la multi-résolution ont été mises en avant, elles devraient logiquement trouver un bon accueil dans le domaine web 3D.
Les Voxels ou Pixels 3D aujourd'hui cantonnés à la visualisation médicale pourraient également trouver un plus large public.

Interactivité et connectivité aux bases de données

Les technologies web3D actuelles offrent des niveaux d'interactivité avec l'utilisateur très hétérogènes. Les meilleures technologies dans ce domaine sont certainement Shockwave 3D et Virtools, qui gèrent des comportements réalistes des objets (physique via Havok) .

L'interactivité avec les pages web est généralement gérée par des commandes en Javascript. Si cela permet de traiter des liens ou des changement de textures, rares sont les technologies à proposer une connectivité suffisante aux bases de données ou de programmation dynamique (via PHP, PERL, JAVA....). SCOL de CryoNetworks est l'une des rares technologies à prendre en charge des connexions à des bases de données. Ce type de fonctionnalité peut s'avérer important pour la maintenance d'un site et sa gestion.

Les technologie web 3D actuelles utilisées dans l'e-commerce (Cult3D et Viewpoint) s'intègrent très difficilement aux galeries marchandes. Force est de constater que la 3D reste liée à de l'événementiel.La prochaine étape de la 3D : passer du stade de "démonstration technologique" à celui d'outil marketing...

L'interactivité est un élément crucial souvent négligé par les développeurs : l'internaute doit être en mesure de se positionner rapidement à l'endroit qu'il souhaite dans la scène 3D. Cela s'applique aussi bien aux mondes virtuelles qu'aux objets web 3D. Aujourd'hui, aucune technologie peut prétendre avoir résolut le problème de l'ergonomie. Viewpoint devance largement ces concurrents sur ce point, même si des progrès restent à faire.