XML3D: interactive 3D graphics for the web

Abstract

The web provides the basis for worldwide distribution of digital information but also established itself as a ubiquitous application platform. The idea of integrating interactive 3D graphics into the web has a long history, but eventually both fields developed largely independent of each other. In this thesis we develop the XML3D architecture, our approach to integrate a declarative 3D scene description into exiting web technologies without sacrificing required flexibility or tying the description to a specific rendering algorithm. XML3D extends HTML5 and leverages related web technologies including Cascading Style Sheets (CSS) and the Document Object Model (DOM). On top of this seamless integration, we present novel concepts for a lean abstract model that provides the essential functionality to describe 3D scenes, a more general description of dynamic effects based on declarative dataflow graphs, more general yet programmable material descriptions, assets which are still configurable during instantiation from a 3D scene, and a container format for efficient delivery of binary 3D content to the client.

Das Internet hat sich nicht nur zu der Basis für den weltweiten Austausch von digitalen Informationen entwickelt, es ist auch eine universelle Anwendungsplattform. Die Idee, diese überall verfügbare Plattform um 3D-Inhalte zu erweitern, existiert schon seit langem. Trotzdem haben sich 3D-Grafik und das Internet weitestgehend unabhängig voneinander entwickelt.

In dieser Arbeit präsentieren wir die XML3D Architektur, unseren Ansatz für die rendererunabhängige Beschreibung von 3D-Szenen mit Hilfe von existierenden Webtechnologien. XML3D ist eine Erweiterung von HTML5 und nutzt damit verknüpfte Webtechnologien wie Cascading Style Sheets (CSS) und das Document Object Model (DOM). Darüber hinaus entwickeln wir neuartige Konzepte wie (a) ein minimales abstraktes Modell für die 3D-Szenenbeschreibung, (b) eine allgemeinere Beschreibung von dynamischen Effekten auf der Basis eines deklarativen Datenflussgraphen, (c) einer plattformunabhängigen programmierbaren Materialbeschreibungssprache, (d) der Kapselung von 3D-Inhalten, die sich bei der Instanziierung konfigurieren lassen, und (e) einem Containerformat für die effiziente Übertragung von binärkodierten 3D-Inhalten zum Browser.

XML3D und die XML3D Implementierungen wurden erfolgreich in unterschiedlichsten 3D-Webanwendungen evaluiert, u.a. in einer Anwendung für die Visualisierung von Produktdaten aus dem Automobilbereich. Schließlich diskutieren wir die generelle Auswirkung unseres Ansatzes auf die Strukturierung von 3D-Webanwendungen.