随着科技的飞速发展，元宇宙这一概念已成为全球科技领域关注的焦点。元宇宙不仅代表了下一代互联网的发展方向，更预示着一个集成了虚拟现实（VR）、增强现实（AR）以及数字孪生等多种先进技术的全新生态系统正在形成。在元宇宙中，3D模型扮演着至关重要的角色，它们是构建和丰富元宇宙世界的基础元素，人、物、场的建模都是其重要组成部分。然而，当前3D模型在跨平台共享、互操作性等方面面临着诸多挑战，这些问题逐渐成为企业级3D资产管理方面的障碍，甚至严重制约了元宇宙生态系统的进一步发展和完善。
3D数据统一规范及现状
3D数据统一规范是指为了确保3D模型能够在元宇宙的不同平台和应用之间顺畅地交换和使用，而制定的一系列规则和技术标准，其规定了与3D模型有关的产品、过程或服务需要满足的要求，以及用于判定其要求是否得到满足的证实方法的标准，旨在解决3D数据在传输、存储、展示和交互过程中的兼容性和一致性问题。
3D数据统一规范的核心要素主要有：1.数据格式标准。定义了3D模型的结构和编码方式，为确保不同系统和平台之间的兼容性，需要支持多种数据格式，如FBX、OBJ、GLTF等，还应包括数据压缩、优化和传输的方法，以适应不同的应用需求；2.接口和协议。用于规定不同组件和服务之间交互的方式，确保数据可以被正确解析和利用，接口应支持数据的导入、导出、查询和更新等操作，协议应确保数据传输的可靠性、安全性和效率；3.性能和质量指标。性能指标包括加载时间、渲染速度和用户交互响应时间等，质量指标包括模型的精度、纹理的清晰度和动画的流畅性等；4.安全性和隐私保护。用于确保数据传输和存储过程中的安全性，防止数据泄露和未授权访问，可采用加密技术保护敏感数据，并实施访问控制策略；5.元数据和资产管理。定义用于描述3D数据的元数据和标签，包括数据的创建者、版权信息、使用许可和版本控制等，方便索引和检索，资产管理系统应支持数据的分类、索引和搜索，以及版权和使用权的管理。
在国外，大部分3D建模的软件开发商都提出了自有的3D数据标准，并且3D内容的公有格式已发展得较为成熟。由Khronos Group提出的作为ISO/IEC 12113标准的GLTF，以及由苹果、英伟达、皮克斯、Adobe和Autodesk联合成立的AOUSD联盟开发的OpenUSD标准，都是在3D数据领域具有重要影响力的标准。GLTF是一种用于3D场景和模型的传输格式，设计用于高效地在不同平台和设备之间传输3D内容，支持多种数据类型，包括几何数据、材质、动画等，并且具有高度的可扩展性。OpenUSD是一种用于3D场景描述的开放标准，特别适用于复杂的场景和资产，如电影和动画制作中的大规模场景。还有虚拟现实建模语言（VRML）设立的ISO/IEC 14772标准，用于虚拟世界的表示、可视化和信息处理，以及可扩展3D图形（X3D）设立的ISO/IEC 19775-1标准，同样用于虚拟世界的表示和信息处理等。此外，国际电工委员会（IEC）也成立了元宇宙标准化评估组（SEG 15），其工作包括提出元宇宙的概念和定义，研究元宇宙领域的标准化需求，并制定标准化路线图。
在国内，基于3D数据文件统一技术规范和元宇宙标准化的探索逐渐成为研究热点。国家标准《信息技术形状建模信息表示》（GB/T 36341.1-2018）实施于2019年，适用于计算机辅助设计、3D动画、虚拟现实、增强现实或混合现实、3D数字医学、3D数字娱乐、电子商务等领域的3D模型数据的表示,并适用于上述领域产品的设计、开发和应用。中国地理信息产业协会在2020年发布的《空间三维模型数据格式》（T/CAGIS 1—2019），定义了数据的结构和内容，有助于避免因格式差异导致的数据失真或丢失。由华为、百度、京东、阿里、腾讯、艾迪普等企业组成的软件绿色联盟于2020年发布了《新一代3D数据文件统一技术规范V1.0》，该规范定义了统一3D文件格式基本结构、高效编辑、存储以及解析的基本特性和实现要求，并定义了适配多种渲染引擎的接口。由中国移动研究院牵头，联合商汤、艾迪普、浙大等企业高校在2023年发布的《增强现实数据类型及格式技术要求》，探索了3D文件格式在AR领域的应用。由国家地理空间信息中心牵头在2021年发布的《全空间三维模型数据格式及服务接口规范》（M3D），提出了一种开放式、可扩展的3D数据格式及服务接口规范，涵盖空中、地上、地表、地下等多种数据类型，为全空间3D模型提供统一的存储和管理。此外，工信部已筹建元宇宙标准化工作组，重点加快研制元宇宙术语、参考架构等基础通用标准，以及元宇宙身份体系、数字内容生成、跨域互操作等关键技术标准。以上这些国内外的标准及组织都为3D内容的创建、管理和共享提供了重要的工具和框架，在构建元宇宙基础设施中起着重要的参考作用。
3D数据现有问题与挑战
尽管行业内存在各种规范和标准，但是仍然存在以下问题。一是标准不统一导致兼容性差。3D模型通常采用多种格式，不同的应用程序和平台支持的格式也可能不同，导致了数据格式的碎片化，缺乏统一的标准格式，增加了跨平台使用的复杂性，增加了数据交换和互操作的难度。二是模拟所需元数据缺失。现有的3D模型数据主要关注视觉表现，而不包含模拟和仿真所需的元数据，这意味着3D资产可能无法在需要物理真实性的应用中使用。三是数据管理难度大。缺乏统一的数据分类标准和专业的3D模型资产管理系统，影响数据的检索效率和资产管理的智能化水平，导致数据管理难度增大。四是安全性和合规性问题。现有的规范往往未能有效保护3D资产的版权信息，导致原创作品容易被非法复制和滥用。五是性能和质量控制不足。缺乏明确的性能和质量标准和验证流程，难以保证3D数据的一致性和质量水平。
当前，建立3D数据统一规范将会面临以下挑战。一是初始投入成本较高。制定和实施3D数据规范通常需要较大的初期投资，包括技术开发、人员培训和基础设施建设等，对于现有的数据资产，可能还需要进行格式转换或重新创建，这也将是巨大的成本投入。二是需要跨行业的协调与合作。制定3D数据规范需要各个相关行业的密切合作，包括内容创作者、开发者、平台提供商等，这种跨行业的合作往往面临沟通困难和需求冲突，协调各方利益并达成共识是一个漫长而复杂的过程。三是需要确保数据规范的完整性。首先要确保不同平台和设备之间的兼容性，减少互操作性的难度，其次要符合法律法规及伦理道德，并且要确保测试覆盖所有关键功能和场景。
建立3D数据统一规范的必要性
构建3D数据统一规范，一方面有助于解决因不同3D模型格式所导致的开发平台不兼容的问题，确保数据质量和一致性，增强不同平台间的互操作性，提升3D资产的应用效率，降低开发成本。当前业内3D模型资产根据应用场景和平台的不同，类型和格式不统一，甚至企业内部也存在由于应用场景、项目、3D模型所有方的不同，3D资产无法高效流通的问题。通过明确的数据格式和质量标准，有助于确保3D模型的一致性和准确性，提高产品质量，减少后期处理的成本。建立统一的3D数据规范、资产库以及相应的应用机制，有助于确保3D模型在不同平台之间可以无缝地交流和使用，使得3D模型的应用和平台管理更加简化、便捷，可进行模型的展开查看、交互开发、全网分发等，并为后续建立3D模型的线上购销平台提供渠道。有研究显示，基于已有3D模型的开发大约可以节约该资产制作60%的时间，将大大提升3D资产的应用效率、减少重复劳动、降低维护成本，还能够通过提高开发效率来节省时间和资源。
另一方面有助于解决使用第三方平台流通的3D资产存在的应用版权等问题，支持更高效的资产管理和交易。3D模型创作成本高，二次创作的需求大，版权保护比2D数字资产更为复杂，限制了3D模型创作的交流性和模型利用、开发的效率。企业内部在统一格式和保护策略下，可以快速利用内部版权库的模型资产进行二次创作，规避可能存在的版权风险。同时，规范化的数据格式简化了资产的管理和交易流程，使3D模型的检索、分类和共享变得更加简便和高效，有利于建立自动化和智能化的3D资产管理系统，促进3D资产的可持续发展。
尽管建立3D数据统一规范存在一些挑战，但考虑到其带来的显著益处，可以认为其利大于弊。通过长期的成本节约和效率提升，可以弥补初期投入的较高成本；通过建立有效的沟通机制和利益分配方案，可以逐步克服跨行业合作的挑战；通过适时的技术更新和标准修订，可以保持规范的灵活性。由此可见，制定统一的3D数据规范有助于降低成本、提高效率，确保不同来源的3D内容在同一个虚拟空间中和谐共存，为构建标准化的元宇宙生态系统奠定坚实的基础，因此具备一定的必要性。
结论
制定和实施3D数据统一规范对于推动元宇宙技术的发展和应用具有重要意义。统一的3D数据规范有助于降低成本、提高效率，促进技术的长期发展，为元宇宙及其他相关领域的研究提供基础，更好地应对元宇宙技术快速演进过程中出现的各种挑战。各研究机构及相关企业也应当积极响应国家的元宇宙技术及标准化战略，建立3D数据统一规范，助力打造元宇宙3D资产库，扩大元宇宙生态的影响力，从而将其发展为具有竞争力的行业标准或国际标准，并推动元宇宙行业的可持续发展。
