Некоторые инструменты 3D-компрессии коммерчески уже доступны сейчас, включая стандарт сжатия Java3D, HotMedia компании IBM, основанный на их стандарте MPEG4/Topological, программное обеспечения сжатия Virtue3D, и методы, заключенные в программных продуктах Intel и DirectX компании Microsoft. Однако, говорит Кинг, — «3D-компрессия остается открытой областью исследований, потому как множество 3D-моделей являются слишком большими, что бы эффективно использовать их с современными методами в настоящее время, и потому что никто пока не знает — насколько могут быть улучшены методы 3D-компрессии.»

Продолжающиеся исследования в области 3D-сжатия сфокусированы на методиках, заложенных и в аппаратных средствах и в программном обеспечении. Цель методов, закладываемых в аппаратных средствах, состоит в том, что бы ускорить передачу 3D-данных с CPU на графический процессор. Со стороны же программного обеспечения задача состоит в том, что бы обеспечить компактность хранения этой информации и ее передачи по сети.

В связи с тем, что новые технологии в программном обеспечении разрабатываются на основе существующих аппаратных средств, ожидается, что они будут иметь большее влияние в коммерческих приложениях.

Существующие методы 3D-компрессии, основанные на применении программного обеспечения, можно отнести к одной из трех категорий: технологии, основанной на обработке каркаса модели, которая использует структуру каркаса объекта для уменьшения количества бит, необходимых для воспроизведения связей между точками и полигонами при попытке воссоздания первоначальной геометрии; методы прогрессивного сжатия, которые используют алгоритмы упрощения для генерации иерархии уровней детализации, изменяющихся от грубой к точной передаче первоначальной геометрии; техника, основанная на обработке изображения, которая больше кодирует набор изображений, чем сам объект.

Выгоды каждого из указанных подходов уравновешиваются некоторыми их недостатками. Например, методы, основанные на обработке каркаса, которые используются в таких пакетах как Java3D и Virtue3D, могут уменьшать размер файла почти для всех полигональных моделей, и как только этот файл достигает места назначения, он готов к использованию. Этот подход самый быстрый и самый эффективный в отношении скорости передачи данных, если пользователь заранее знает уровень детализации, необходимый ему в конце.

«Методы, основанные на обработке каркаса наиболее эффективны для приложений, которые больше нуждаются в устойчивости, чем в гибкости», — говорит Кинг. «Например, инженеры и рентгенологи совместно используя 3D-модели основывают свои суждения на основе оригинальных данных без потерь, или дилеры автомобилей и художники, представляющие свои вещи в Интернет, могут захотеть иметь возможность выбора некоторым пользователем уровня более низкой или более высокой детализации представления своей продукции».

Методы, основанные на обработке каркаса, к сожалению, не могут адаптироваться к полосе пропускания сети, в связи с тем, что их окончательный результат — изображения с одним разрешением. Таким образом, этот метод становится все менее и менее эффективным с ростом объема геометрии.

С другой стороны, прогрессивные методы поддерживают многократные уровни детализации, что делает их более привлекательным при работе с большими моделями. Невысокая аппроксимация модели доступна сразу, с последующим увеличением информации о деталях. Этот подход так же полезен для приложений, в которых требуется многократность уровней детализации, в таких как «виртуальная прогулка», где отображаемое разрешение увеличивается или уменьшается в зависимости от близости навигатора к данному объекту.

С обратной стороны, прогрессивные методы имеют тенденцию к замедлению, потому как исходная модель забирает времени больше для реконструкции, это требует вычисления прогрессивной иерархии для полной модели наперед. Кроме того, хоть и пользователь может получить приблизительную визуальную аппроксимацию модели немедленно, «настоящая» модель еще не доступна к применению.

Что касается коммерческой стороны, Intel развили библиотеку программного обеспечения прогрессивной компрессии, которую кампания лицензирует продавцам программных продуктов. Macromedia — одна из первых компаний, имеющих лицензию на технологии Intel — включила поддержку 3D в свой плеер Shockwave.

Количество прогрессивных алгоритмов сжатия в настоящее время по-прежнему развивается и тестируется в исследовательском сообществе. Наиболее многообещающее предложение — технология wavelet, разработанная Суиденсом и Шродером, которые достигли существенных достижений по эффективности, предварительно опубликовав методы 3D-сжатия. Техника в настоящее время усовершенствуется, и оценивается ее коммерческая жизнеспособность, согласно Bell Labs.

Наконец, методы, основанные на обработке изображений, наподобие тех, что используются в QuickTime VR и IPIX, имеют преимущество — способность к управлению имеющейся инфраструктурой сжатых данных, потому как они используют 2-мерные фотографические данные. До настоящего времени, работа над этим методом была ограничена специализированными применениями, такими как программы «прогулки по реальному окружению» и программное обеспечение для просмотра наборов данных MRI. В то время, как этот подход не может быть полезен в приложениях, требующих фактическую геометрию, типа производственного процесса, говорит Кинг, — «есть перспектива его применения в таких приложениях, где высокое качество изображения важнее использования точной геометрии.»

Перед тем, как 3D-компрессия в любом виде сможет быть встроена в самые последние или уже выпускаемые приложения, придется встретить большое количество проблем. Первая среди них — теоретическое препятствие. «Усовершенствования в области скорости передачи данных продолжают развиваться, так что никто действительно не знает — насколько возможен этот показатель, и к чему, в связи с этим, мы должны стремиться,» — говорит Кинг. «Когда одномерная (звук) и двумерная компрессия была в стадии разработки, люди уже тогда имели доступ к хорошей теоретической информации об одномерных и двумерных сигналах. Они уже знали — какова максимально возможная степень сжатия может быть достигнута, и они знали — с какими проблемами они встретятся. Мы же не имеем такой информации для 3D».

Один размер должен соответствовать всему

С практической стороны некоторые проблемы масштабируемости остаются нерешенными. «Мы нуждаемся в таких форматах сжатия геометрии, которые бы гибко могли приспосабливаться к доступной полосе пропускания сетей,» — говорит Суиденс. «Должна быть возможность приспособленности передачи одного отформатированного файла по широким магистралям (магистральные линии Интернет, корпоративные связи T1, высокоскоростные домашние сети) и узким (стандартные модемы, проводные сети, телефонные ячейки), и каждый пользователь должен иметь возможность получить аппроксимацию изначальной модели с наилучшим качеством не зависимо от полосы пропускания доступной ему сети.»

Кроме того, схема сжатия должна быть масштабируема относительно недостатков оснащения конечного пользователя. В этом отношении данный отдельный формат должен одинаково подходить и для устройств с небольшими вычислительными и графическими мощностями, и для мощных CPU и графических аппаратных средств.

«Провайдер 3D-услуг не должен волноваться о процессе декодирования на месте потребления его продукции», — говорит Суденс. Например, в сетевой игре «содержание должно отображаться оптимально для всего диапазона систем начиная от машин типа PS2, и заканчивая последними компьютерами, или даже портативными устройствами для сетевых игр».

В то время, как существует возможность решения этих проблем масштабирования, используя прогрессивные методы, более трудная задача — масштабируемость в отношении сложности моделей. «Есть множество алгоритмов, которые более или менее могут работать с отдельным объектом или несколькими объектами, но совсем немного могут работать с комплексными сценами, содержащими множество отдельных объектов», — говорит Шродер.

Другой вопрос, требующий внимания — компрессия текстурированных объектов. «В настоящее время модели и координаты текстур сжимаются с использованием методики 3D-компрессии, а изображения сжимаются независимо, используя технику 2D-сжатия. «Вполне привычно видеть модель, в которой сжатая геометрия больше чем в десять раз превышает сжатые изображения», — говорит Габриэл Таубин из IBM Research, один из разработчиков стандарта MPEG-4 и связанных методов 3D-сжатия, которые включают в себя прогрессивные алгоритмы и алгоритмы одиночного разрешения. В идеале, как он предлагает, должно быть хорошее равновесие между сжатием каркаса и компрессией координат текстур, цветов, и других атрибутов.

Среди наиболее отпугивающих технических трудностей сжатия — мысль об обработке динамических сцен. «Большинство предложенных методов сжатия пока что имеют дело со статическими объектами», — говорит Таубин. «Это связано с проблемой развития эффективных методов сжатия для анимации, и специфики этих сложных сцен, где объекты появляются и исчезают, и могут деформироваться со временем, при этом изменяя не только свою геометрию, но и свою топологию.» Фактически, утверждает он, одно из наиболее выгодных применений 3D-компрессии — это ее использование в технике сжатия видео, что позволит непрерывно передавать большой объем 3D-данных через Интернет, и в телевизионных приложениях.