By Tamrat Belayneh (Tecnólogo principal, Esri), Konrad Wenzel (Director, Centro de investigación y desarrollo de Esri en Stuttgart GmbH), amanda morgan (Director sénior, Estándares abiertos, Bentley Systems/Cesium), adam morris (Ingeniero principal, Plataforma Cesium, Bentley Systems/Cesium), Azad Balabanian (Gerente sénior de productos Niantic Spatial, Inc.)
Las Salpicaduras Gaussianas 3D son una innovadora tecnología de representación 3D emergente en el ámbito de la captura de la realidad. A diferencia de las geometrías sólidas tradicionales, las Salpicaduras Gaussianas 3D utilizan campos de radiancia para representar la complejidad de entornos reales con un detalle fotorrealista sin precedentes. Este sofisticado método captura características sutiles como estructuras delgadas, materiales semitransparentes, reflejos y texturas intrincadas, aspectos que antes representaban un desafío para las técnicas de captura 3D convencionales y los mecanismos de almacenamiento popularizados en las mallas fotogramétricas. Su capacidad única para representar contenido espacial de alta fidelidad con un renderizado eficiente ha despertado un amplio interés en las comunidades geoespaciales, gráficas y de estándares.
Reconociendo el potencial transformador de las manchas gaussianas 3D, organizaciones líderes en los ámbitos geoespacial, gráfico y de estándares —entre ellas Open Geospatial Consortium (OGC) , Khronos Group® , Niantic Spatial , Cesium (Bentley) y Esri— se han unido para integrar las manchas gaussianas geoespaciales 3D en el formato de activos 3D glTF™ de Khronos, ampliamente adoptado . Esta iniciativa colaborativa tiene como objetivo crear un marco estandarizado e interoperable para codificar y compartir manchas gaussianas 3D, garantizando una amplia interoperabilidad y una fácil implementación en diversas plataformas y aplicaciones.
SPZ y glTF: Eficiencia, simplicidad y flexibilidad
Un elemento central de esta iniciativa es la adopción del formato SPZ , un formato de archivo de código abierto proporcionado por Niantic Spatial bajo la licencia MIT, que comprime las imágenes gaussianas 3D hasta en un 90 % en comparación con PLY, manteniendo la fidelidad visual y el rendimiento. La simplicidad y eficiencia de SPZ lo hacen ideal para su adopción generalizada, ya que logra un equilibrio entre el rendimiento computacional y la visualización de alta calidad.
La combinación de las fortalezas de SPZ con la estructura flexible de glTF permitirá una implementación interoperable y sencilla que permite la extensibilidad futura a través de la posible inclusión de campos de datos adicionales para adaptarse a diversos requisitos de los usuarios y flujos de trabajo personalizados.
Nuevas extensiones glTF de salpicadura gaussiana en desarrollo
El Grupo de Trabajo de Formatos 3D de Khronos está desarrollando dos nuevas extensiones destinadas a estandarizar la entrega de salpicaduras gaussianas dentro de los activos glTF:
- KHR_salpicadura gaussiana, que define la estructura para almacenar salpicaduras gaussianas 3D en glTF, tratándolas como primitivas de puntos con atributos como posición, rotación, escala, transparencia y armónicos esféricos (compatible con componentes difusos y especulares). Esta estructura también permite una transición fluida a la representación dispersa de nubes de puntos.
- Compresión de salpicadura gaussiana KHR_spz, que permite un almacenamiento y una transmisión eficientes mediante el formato SPZ. Los blobs SPZ se almacenan como búferes dentro de las primitivas glTF y pueden descomprimirse en atributos o pasarse directamente a las canalizaciones de renderizado. Admite la codificación flexible de armónicos esféricos (de ninguno a tres grados) según las necesidades del contenido.
Estas extensiones son de vanguardia y están diseñadas para servir como base para el soporte a largo plazo de la salpicadura gaussiana 3D en glTF. Su objetivo es proporcionar una capa base extensible y de alto rendimiento para la representación espacial de alta fidelidad, con margen para desarrollar capacidades más complejas a medida que la tecnología madure.
Para validar el enfoque, el grupo colaborativo realizó evaluaciones exhaustivas en diversos conjuntos de datos geoespaciales. Un desafío recurrente surgió en escenarios con características largas y lineales comunes en contextos geoespaciales (como antenas, cercas, líneas eléctricas y vías férreas), que presentaban artefactos visuales inadecuados para una visualización y un análisis precisos. Capturar estas salpicaduras alargadas sin aumentar significativamente el tamaño de la carga útil resultó difícil.
Para solucionar esto, el grupo introdujo una mejora mínima pero crucial en la precisión rotacional del formato SPZ, que se lanzó recientemente como la versión 2.0.0 de la biblioteca SPZ. Con este cambio, las rotaciones en SPZ ahora se codifican utilizando los tres componentes más pequeños de un cuaternión normalizado, cada uno almacenado como un entero con signo de 10 bits, mientras que el componente más grande se deriva y su índice se almacena usando 2 bits, optimizando así la precisión. En contraste, las versiones anteriores de SPZ usaban los componentes fijos (x, y, z) del cuaternión, omitiendo también el componente derivado w , pero con una codificación menos precisa.
Las evaluaciones de seguimiento demostraron mejoras sustanciales en la calidad de los datos, lo que refuerza la practicidad y adaptabilidad de la solución para aplicaciones geoespaciales del mundo real.
Participa
A medida que este trabajo evoluciona, agradecemos los comentarios y las contribuciones de la comunidad en general para ayudar a dar forma a las nuevas extensiones de glTF propuestas. Ya sea usted investigador, desarrollador, colaborador de estándares o profesional de 3D, sus ideas son esenciales para crear una especificación sólida que responda a las necesidades del mundo real. Todos están invitados a convertirse en miembros del Grupo Khronos y participar directamente en el desarrollo de extensiones formando parte del Grupo de Trabajo de Formatos 3D de Khronos. También puede contribuir participando en debates sobre los estándares OGC y colaborando abiertamente en GitHub.
Sobre Nosotros Khronos
El Grupo Khronos es un consorcio abierto, sin fines de lucro e impulsado por sus miembros, compuesto por más de 150 empresas líderes de la industria que crean estándares de interoperabilidad sin regalías para gráficos 3D, realidad aumentada y virtual, computación paralela, procesamiento de visión y aprendizaje automático. Las actividades de Khronos incluyen 3D Commerce™, ANARI™, glTF™, NNEF™, OpenCL™, OpenGL®, OpenGL® ES, OpenVG™, OpenVX™, OpenXR™, SPIR-V™, SYCL™, Vulkan® y WebGL™. Los miembros de Khronos impulsan el desarrollo y la evolución de las especificaciones de Khronos y pueden acelerar la entrega de plataformas y aplicaciones de vanguardia mediante el acceso temprano a los borradores de especificaciones y pruebas de conformidad.
Acerca de Consorcio Geoespacial Abierto (OGC)
El Open Geospatial Consortium (OGC) es una comunidad global e intersectorial de más de 500 organizaciones que trabajan para impulsar estándares abiertos e innovación en tecnología geoespacial. Durante más de 30 años, OGC ha unido a la industria, el gobierno, la academia y la investigación para resolver desafíos complejos mediante la interoperabilidad, la colaboración y las pruebas en entornos reales. Desde la resiliencia climática y la respuesta ante desastres hasta las ciudades inteligentes, los gemelos digitales, los sistemas autónomos y la visualización 3D avanzada, los estándares e iniciativas de innovación de OGC permiten compartir y utilizar sin problemas la información geoespacial en diversas plataformas y ámbitos. Al conectar conocimientos y tecnologías diversas, OGC ayuda a las organizaciones a tomar mejores decisiones, mejorar la calidad de vida y crear un futuro más resiliente y sostenible. Más información
Acerca de Esri
Esri, miembro influyente del OGC y líder mundial en soluciones geoespaciales durante más de cinco décadas, cuenta con una amplia experiencia en la resolución de complejos desafíos geoespaciales y continúa impulsando la innovación para facilitar el acceso sin problemas a conjuntos de datos geoespaciales masivos en diversas plataformas, como navegadores web, dispositivos móviles y aplicaciones de escritorio. Este avance colaborativo refuerza el compromiso constante de Esri con la mejora de la interoperabilidad y la accesibilidad geoespaciales, estableciendo nuevos referentes en la representación y el uso de datos geoespaciales.
Sobre Nosotros Sistemas Bentley (Cesium)
Cesium es la plataforma para geoespacial 3D. Creamos 3D Tiles, el estándar de la comunidad OGC para la transmisión masiva de datos geoespaciales 3D. Los creadores utilizan Cesium para construir con datos reales a escala, en diferentes sectores, como AEC, aeroespacial, defensa, medioambiente, telecomunicaciones y más. Bentley Systems adquirió Cesium en septiembre de 2024. Fundada en 1984 por ingenieros para ingenieros, Bentley es el socio predilecto de empresas de ingeniería y propietarios-operadores de todo el mundo, con software que abarca disciplinas de ingeniería, sectores industriales y todas las fases del ciclo de vida de la infraestructura.
Sobre Nosotros Niantic Espacial
Niantic Spatial es pionera en IA geoespacial y desarrolla tecnología que permite tanto a personas como a máquinas percibir y comprender espacios físicos de formas completamente nuevas. Nuestra tecnología principal se basa en un mapa digital de tercera generación, y el Sistema de Posicionamiento Visual (SVP) ofrece una precisión centimétrica en la localización en el mundo real. Estamos desarrollando un Modelo Geoespacial de Gran Tamaño (MGD) para ofrecer una comprensión semánticamente rica y con base espacial de las ubicaciones reales.
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