進化する glTF フォーマットの今と今後の展望を紹介！

2024年10月28日（現地時間） – MetaのAR技術リード、Khronos 3Dフォーマットワーキンググループのチェア Alexey Medvedev 氏が glTFの最近のアップデートと今後についてをKhronosブログで共有しました。

glTF™は、スタンドアロン3Dフォーマットとしての原点から大きく進化し、現在ではISO国際標準として採用され、急速に拡大するソフトウェアツール、標準、拡張機能のエコシステムの中心となっています。

ここでは、そのブログで共有された内容を紹介したいと思います。

glTF の現状
今後について：空間コンピューティング、インタラクティブ性など
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glTF の現状

多様なプラットフォーム、デバイス、ウェブで3D体験を可能にするglTFの中心的な役割を考えると、glTFエコシステムがコンテンツ制作者、エンジンベンダー、アプリケーション開発者のニーズを満たすために進化し続けるだけでなく、3Dショッピング、教育、トレーニング、建築ビジュアライゼーションなどの新しいユースケースに適応することが極めて重要とされています。

今年、Khronos 3D Formats Working Groupは、glTFを相互運用可能な空間コンピューティングフォーマットに発展させるためのロードマップに沿って、いくつかの重要なマイルストーンに到達しました。

空間的一貫性、マテリアルレンダリングの改善、一貫したレンダリング忠実度のための多くの主要な拡張機能は、現在、詳細なレビューと初期テストの準備が整ったReview Draft段階に達しています。

また、新しい拡張機能のいくつかがInitial Draft段階にあり、Working Groupは、仕様の開発がコミュニティのニーズと一致するよう、方向性についての意見を募集しています。

以下は、最近のエコシステムのアップデートの確認、リリース候補に近づいている現在の仕様の説明となります。

他の規格に活用されるglTF

今日glTFは、Khronosと共同で開発された多くのサードパーティ業界標準の基礎となる3Dシーンフォーマットとして広く使用され、参照されています。

MPEGは、MPEG-I没入型メディア体験のためのシーングラフとしてglTFを使用しています。
glTF2.0は現在、PDFでサポートされている3Dアセットであり、この広く採用されている文書フォーマットでの3Dインタラクションを可能にしています。
VRM Consortiumのオープンソースのインタラクティブな3Dアバター・フォーマットは、glTF 2.0に基づいています。
Open Geospatial Consortiumの 3DTiles は、大規模な3D地理空間データセットのための合理化されたストリーミングとレンダリングフォーマットで、glTFとglTF拡張を使用しています。
Web3D Consortiumからの X3D 4.0標準は、X3DシーンがglTFアセットを参照し、含めることを可能にします。
もちろん、glTFはすべての主要なウェブブラウザで表示されます。

クロスプラットフォームの互換性

glTFはすでに、多様なプラットフォームやブラウザに3Dコンテンツを提供するための、最もポータブルなアセットフォーマットですが、glTFが必要とされるあらゆる場所で、アクセス可能で、使用可能になるよう、引き続き取り組んでいます。

iOS Viewer

昨年末、KhronosはglTFファイルをAppleデバイス上で3DまたはAR表示するためのオープンソースiOSアプリ「Khronos glTF Viewer. 」をリリースしました。

アプリのユーザーは、あらかじめロードされたglTFのサンプルモデルを表示したり、ウェブからGLBモデルをダウンロードしてアプリでインタラクティブに表示することができます。

iOS Viewerはリリース当初から、glTF 2.0のすべての基本機能と、Draco圧縮やclearcoat PBR Extensionを含む一部の拡張機能をサポートしています。

このアプリケーションのソースコード全体は、Apache 2.0ライセンスに基づいてGitHubで公開されており、開発者はこのソースコードを使用して独自の派生プロジェクトを開発し、glTF 3DおよびARビューアの普及を促進することができます。

USDの相互運用性

Metaverse Standards Forum の中でKhronosはAlliance for OpenUSD(AOUSD)およびAcademy Software Foundation(ASWF)と直接連携し、glTFとUSDのエコシステム間の協力を進めています。

この協力的な取り組みにより、USDでオーサリングされたアセットをglTFに抽出したり、USDの豊富なオーサリング機能を使用して既存のglTFアセットをリミックスしやすくなる予定です。

glTF PBRマテリアルの更新

3D Formats Working Groupとその物理ベースレンダリング(PBR)サブグループは、フォトリアリスティックで再利用性の高い3Dオブジェクトの制作のためのワークフローの改善に取り組んでいます。

glTFのPBR shader extensionsは、幅広いマテリアルを正確に表現するためのアーティストフレンドリーで直感的な手段を提供します。

PBRは、ビューアとレンダリング出力間で視覚的な一貫性を維持する必要性によって進められ、サブグループは新しいPBR拡張機能を通じて新しい機能を追加し続けています。

サブグループは、glTF PBRとMaterialX間のマッピングを容易にするための優れた進歩を遂げました。

新しい glTF PBR Extensions

2024年4月、KhronosはKHR_materials_dispersionを承認しました。これは光が比較的透明なボリュームを透過するときに、色の角度的な分離を可能にします。

ダイヤモンドやカットガラスのような素材を表現する場合、この拡張機能によってアーティストはプリズム効果を得ることができるようになります。

PBRサブグループは現在、2025年にリリース予定の2つの新しいPBR拡張機能を開発中です：

Diffuse transmission
- 開発段階： Review Draft
- KHR_materials_diffuse_transmissionは、metallic-roughnessマテリアルの新しい拡張機能で、葉や紙のような薄いマテリアルに使用する半透明効果を追加します。この拡張機能はKHR_materials_volumeと組み合わせて、ロウソクのロウのようなボリューメトリックなマテリアルに光を透過させることにも使用できます。
Subsurface scattering
- 開発段階：Initial Draft
- KHR_materials_subsurface、は、KHR_materials_volume の subsurface scattering パラメータを独自のエクステンションへ取り出し、アーティストに scattering（散乱）と absorption（吸収）の独立したコントロールを与えます。

glTF PBR/MaterialX の相互運用性

MaterialXは、視覚的に豊かなマテリアルを表現するためのAcademy Software Foundationのオープンスタンダードです。

glTF PBRマテリアルをカプセル化するMaterialXノードは2022年から利用可能で、ワーキンググループは2025年に承認されたすべてのglTF PBR拡張機能でMaterialX glTFノードを更新することを目指しています。

来年、KhronosはまたMaterialXのようなプロシージャルテクスチャをglTFレンダリングの入力として利用できるようにし、カスタマイズ性を高め、アセットサイズを縮小し、glTF、MaterialX、USDのエコシステム間の容易な交換をサポートする予定です。

ビジュアルの一貫性

多様なプラットフォームやエンジン間で視覚的な一貫性を達成することは、3Dコンテンツ開発の重要な課題です。glTF PBRの標準化における着実な進歩に加え、Khronosはアセットを検証・プレビューするためのツール群を提供しており、アーティストは一度アセットを構築すれば、どこでも一貫した表示を行うことができます。

Render Fidelity ウェブサイト

2024年、Khronosの3Dフォーマットと3Dコマースワーキンググループは、Render Fidelityプロジェクトをさらに拡大させています。

このウェブサイトは、主要なリアルタイムウェブレンダラーを並べて比較し、コンテンツ開発者やブランドに、各エンジンでアセットがどのように動作するかについての洞察を提供するものとなっています。

元々はGoogleの<model-viewer>チームによって作成されたこのプロジェクトの管理はKhronosが引き継ぎ、近日中にさらに多くのレンダラーが追加され、検査ウェブサイトも改善される予定です。

PBRニュートラルトーンマッパー

Eコマースや、3Dアセットが写真と並べて表示されるような状況では、実物に忠実な色表現は非常に重要です。この春、Khronosは、Filmicトーンマッパーの代替となるPBRニュートラルトーンマッパー(Khronos PBR Neutral Tone Mapper)承認しました。

これは、グレースケール照明下での最終レンダリングにおいて、正確で1:1の色表現を実現し、太陽光のような色光の下では客観的な色表現を実現します。

このトーンマッパーを使用することで、コンテンツ制作者は、製品モデルがブランドカラーに正確にマッチしているかどうかを確認するために最終レンダリングを待つ必要がなく、テクスチャファイル内でglTFモデルのカラー値を確認することができます。Khronos PBR Neutral Tone Mapperは、すでに<model-viewer>、Autodesk、Babylon.js、Blender、Dassault、Filament、London Dynamics、Phasmatic、Three.js、ThreeKitなどの3Dツールやエンジンで広く採用され、サポートされています。

今後について：空間コンピューティング、インタラクティブ性など

Khronosは今年、没入型の空間コンピューティングアプリケーションで使用するためのglTFの開発において大きく前進しました。

2024年と2025年にリリースが予定されている新しい拡張機能の数々は、3Dアセットの物理演算、インタラクティブ性、オーディオメタデータを標準化し、コンテンツ制作者は複数のインタラクティブシーンでアセットを再利用できるようになります。同時にワーキンググループは、複数の外部参照からの複雑なシーンの作成を合理化するための標準を定義しています。

物理
- 開発段階: 複数の仕様が Review Draft 段階
- 2024年にリリース候補となる見込み
- KHR_physics_rigid_bodies は、glTFモデルを剛体物理シミュレーションで使用できるように、いくつかの新しいコンセプトが導入されています。オブジェクトの挙動を記述する「motion properties」、モデルを物理的に接続する「joints」、衝突応答を記述するフィルタと物理マテリアルが含まれています。
- KHR_implicit_shapes は、球やカプセルなどのパラメトリックな形状を記述します。この拡張は衝突検出に有用ですが、将来物理以外のユースケースを可能にするため、KHR_physics_rigid_bodiesとは別に定義されています。
インタラクティブ性
- 開発段階: 複数の仕様が Review Draft 段階
- 2024年にリリース候補となる見込み
- KHR_interactivity は、3D アセットの動作とインタラクティビティをエンコードする機能を追加します。この拡張機能は、アセットエクスポータ/コンバータと、3Dアセットをインポートまたはロードしようとするアプリケーション開発者の両方による使用を意図しており、相互運用可能なインタラクティブglTFファイルの基礎を作ります。
  KHR_interactivityと組み合わせて使用し、3Dシーン内のノード階層の動作を制御するための拡張機能がいくつか用意されています：
オーディオ
- 開発段階: Initial Draft
- 2025年にリリース候補となる見込み
- KHR_audio_graphドラフト提案は、各ノードオブジェクトの詳細な説明、各ノードに関連付けられた機能とプロパティ、および各ノードがグラフ内の他のノードと対話する方法を含む glTF オーディオグラフ構造を定義します。
外部参照
- 開発段階: Proposal
- 2025年にリリース候補となる見込み
- glTF External Referencesプロジェクトは、glTFエコシステムにおいて、複数のglTFアセットを合成するための新しいファイルタイプの作成を提案しています。2024年、UX3D はデモと実験的なサンプルモデルを作成し、プロジェクトのGitHub ページで公開しました。