为什么USD可以成为Metaverse、数字双胞胎等的HTML

通用场景描述
通用场景描述

通用场景描述 (USD) 语言和格式正迅速被用作罗塞塔石碑,用于在 3D 工具、游戏引擎、 数字双胞胎 和电子商务产品之间转换数据。 它还有一段路要走,但是,行业必须统一跨 。 在 Nvidia GTC 会议上,专家们就 USD 的历史、当前用例、缺点以及它是否可以成为 3D Web 的 HTML 进行权衡。

当 HTML 于 1993 年首次推出时,它并不是一件好事。 但这是第一次将文本、图形和超链接统一为连贯的界面、编程语言和平台的认真努力。 它以时髦的字体和糟糕的布局击败了当时的默认方法,例如 gopher 和专有公告板服务。 它可以在任何地方的服务器上扩展。

美元今天处于同样的位置。 它在所有方面都不是很好,但它在以开放和可扩展的方式跨工具、服务和平台共享 3D 资产的数十种替代方案中做得很好。 USD 已经在帮助 Ubisoft 和 Ikea 等公司简化一些 3D 工作流程,并看到了 Unity 和 Unreal 等渲染引擎的吸引力。 也就是说,它在世界、材质、物理和更复杂的工作流程之间的渲染、剪切和粘贴模型方面仍然存在一些限制。

生于皮克斯

回顾 USD 的诞生,了解它为何出现以及早期的设计决策如何塑造其当前状态是有帮助的。 皮克斯副总裁兼首席技术官史蒂夫·梅在公司开始制作《玩具总动员》时看到了 USD 的前辈。 他们面临描述场景、照明、相机和其他资产的问题,这些资产需要简化大型艺术家和技术人员团队的工作流程。

在 1990 年代后期,他们尝试了参考、层和层次结构等概念,这些概念构成了规模化生产的基础。 在 2000 年代中期,皮克斯开始将这些技术整合到一个名为 Presto 的新动画工具中。 Brave 是第一部使用 Presto 的电影。

他们发现 Presto 中的描述语言具有表现力,但表演并不适合艺术家。 “Brave 非常复杂,甚至将场景加载到 Presto 中也很有挑战性,”May 解释说。

皮克斯创建了另一种针对性能优化的场景描述形式,因此他们决定将它们结合起来。 这导致了今天的美元的起源。 “它的核心是关于你如何描述复杂的场景和世界,以及如何让许多人合作,”梅说。

USD 描述了环境、场景、世界或道具的基本组成部分。 它可以帮助设计师描述用于描述场景的每个道具、形状、材质、灯光和相机视图。 在构建大型复杂世界时,很难将该问题分解为可以分层表示的部分。 这允许多个艺术家在同一个场景上工作而不会弄乱任何东西。 借助图层,艺术家可以为角色摆姿势,而布景师可能会在场景中的对象周围移动,以同时为背景设置更好的构图。 最后,他们可以合成这些图层以查看结果。

Adobe 3D 和沉浸式工程高级总监 Guido Quaroni 早期也在皮克斯工作,他说他们决定开源美元是出于战略原因。 他们希望在 Pixar 使用的各种工具之间建立牵引力,以降低未来必须重新设计 Pixar 管道以支持新的开源替代品(如 Alembic)的风险。 它起飞的事实也意味着他们不需要投入内部资源来为 Maya、Katana 和 Houdini 等 DCC 工具编写集成插件。

了解育碧的细节

美元开始受到其他行业企业的青睐。 例如,育碧开始使用美元来简化 3D 资产交换和跨工具集成。 Ubisoft 技术运营总监 Adeline Aubame 表示:“我们有兴趣在庞大的生态系统中呈现 3D 数据,同时保持高性能。”

在第一阶段,USD 简化了 DCC 工具和渲染引擎之间的导入/导出。 这使得育碧可以雇佣那些可能不是育碧现有工具专家的有才华的艺术家。

然而,她的团队已经在努力解决 USD 缺乏制作视频游戏所需的某些功能的地方。 例如,细节层次是一种流行的渲染技术,可以选择性地提高场景某些部分的分辨率。 这将计算能力集中在对游戏玩法很重要的地方。 找到 LOD 可以逐渐改善而不是迅速成为焦点的方法也很重要。

Aubame 希望游戏开发社区能够找到将 LOD 支持添加到 USD 工作流程的方法。

“开放格式的伟大之处在于,许多人的力量可以帮助解决这些问题,”她说

宜家渲染挑战

宜家的创新经理 Martin Enthed 已率先使用离线 3D 代替摄影作为各种营销材料。 他在 2016 年第一次看到 USD 时就爱上了它。外部参考、覆盖和分层等功能都非常适合宜家的生产流程。

“但我们遇到的问题是,我们正在使用的工具没有采用它,”Enthed 说。

当然,他们一直在试验它并测试如何将事物存储在 3D 数据库中,然后再将它们推出。 去年,随着美元在内容工具供应商中的兴起,他的兴趣激起了。

现在,它仍然专注于离线渲染用例,它们为网页上的目录或图像轮播生成内容。 他想探索更多实时和元节用例。 但主要问题是 USD 不能很好地通过渲染引擎。 “我们现在的主要问题是渲染器之间的互操作性,”他说。

一大挑战是不同供应商的材料或表面描述工具的差异。 当宜家为书架或咖啡桌之类的东西生成 3D 内容时,它可以确保表面看起来逼真且相似,无论人们是在 PlayStation、PC、移动设备还是 Qwest 耳机上通过不同的渲染引擎查看它。

Enthed 对投入过多资源将他的全部内容进行数字化感到不安,因为大多数宜家产品都有很长的使用寿命。 当前的一些产品可以追溯到 1978 年。“我现在需要制作一个 3D 资产,希望在 10 年内加载,”Enthed 说。 “如果我们谈论 3D 世界的 HTML,它需要能够加载到任何 3D 浏览器引擎中并且看起来都一样。”

为创作者种下种子

Unity Editor 是 2017 年首批支持 USD 的 DCC 工具之一。这有助于 Lion King 虚拟制作在 Maya 和 Unity 之间交换内容以生成 3D 动画剪辑。 Unity 的杰出技术研究员兼首席架构师、专业美术和图形创新 Natalya Tatarchuk 表示,最近 Unity 一直专注于提高 USD 渲染性能。

一大挑战是改进对 PlayStation、PC 和移动设备等各种设备的渲染支持。 她的团队还在探索不同的方法来标准化跨设备看起来不错的表面材料格式。

Tatarchuk 说:“我们需要让人们能够创作一次,但让数据以可扩展的方式持久地流经各种不同的渲染后端。” 她的团队正在与 Pixar、Nvidia 和 Adob​​e 等合作伙伴合作应对这些挑战。

他们还将 USD 支持扩展到其他工具,例如用于有机渲染的 SpeedTree 和 Ziva 用于面部的 工作流程的死胡同是一个很大的挫折,其中 USD 在 3D 开发生命周期的某些阶段工作,但必须手动修补其他阶段。 这些差距在 Maya、Blender、Houdini 等所有主要 DCC 以及 Unity 和 Unreal 等体验引擎中都很常见。 所有主要供应商都必须在美元上共同努力,以弥合这些差距。 在某些情况下,这可能需要信心的飞跃。 “如果没有信心的飞跃,我们将永远等待,”她说。

在未来,她希望这可以帮助该行业为她所谓的 3D“创作者世界”定位。 这将反映 2D 共享的类型以及基于 YouTube、Snapchat、Instagram 和 Tiktok 等应用程序构建的用户爆炸式增长。

这些工具可以轻松抓取图像或视频,对其进行转换,然后与朋友分享。 “这在实时 3D 的创作者世界中是不可能做到的,”她说。

另一个限制是缺乏描述交互性的标准。 例如,内容创建者如何描述如何与内容交互以及内容如何随时间流动。 该行业还需要制定标准来描述表征元素(如索具和标准化动画曲线)的程序。

“这非常重要,但没有人愿意妥协,”她说。 “每个人都需要团结起来,为其中一些复杂的方面找到一些中间立场。 我们可以找到在某些情况下可能不完美的选择。 有一些基础,也有一些基础,因为我们需要能够解决缺失的部分。”

当今无法跨应用程序剪切和粘贴 3D 角色。 业界需要就程序、引擎组件、虚拟摄像机、灯光以及控制游戏和行为的标准达成一致。

Epic Games 的虚幻引擎总经理 Marc Petit 看到了 glTF 等新标准的希望,它是创作和传输 3D 内容的良好解决方案。 他还认为,能够在世界各地拖动 3D 对象是必不可少的,例如允许玩家从 Minecraft 驾驶汽车到 Fortnight。

在 Adob​​e 任职期间,Quaroni 希望更轻松地在各种 Adob​​e 工具和服务之间共享 3D 内容。 “理想情况下,它们应该能够在彼此之间复制和粘贴,但这并不容易,因为在架构上,它们表示数据的方式不同,”他说。

作为第一步,他正在努力提高无损互操作性。 今后,Quaroni 正在探索如何使用美元来改变人们对管理文档和文件的看法。 他还在探索这种方法如何提高跨 3D 工具的互操作性。

Quaroni 解释说:“我们在创作者宇宙中,为元宇宙创造资产。 我们需要假设它不仅仅是 Adob​​e 的工具。 让我们开始这样思考,而不是试图让每个人都只使用我们的工具。 最终,这个圈子会回来支持我们在这个模型中的工具。”

进入数字双胞胎

Nvidia 开始在其整个工具链中标准化支持,从而激发了最近对美元的兴趣。 Nvidia 副总裁 Frank DeLise 表示,美元最初是一个内部问题,旨在改善人类、工具和人工智能之间的协作,以实现新的数字孪生用例,例如模拟道路和工厂。 “我们意识到我们需要一个开放的标准来构建这些世界,”他说。

自动驾驶汽车、机器人和大型虚拟世界等新用例的工具都无法相互通信。 必须允许任何人为这些世界做出贡献并在不同的视图中移动资产,无论是在 Unreal、Unity 还是 Web 视图中渲染。

美元格式正在加速交换数据,但等式的美元运行时方面仍然缺失。 Nvidia 正在与其他领导者合作,研究如何构建 USD 的运行时版本以提高性能。 “在短期内,这些引擎和观众中的许多都会有自己的表现形式,”DeLise 说。

有了正确的架构和行业合作,USD 可以激发 HTML 为 Web 发起的元界的同样增长。 例如,Nvidia 正在逐步探索通过微服务和与其他工具的连接来添加功能的方法。 Nvidia 已经开始开源各种 USD 模式,例如用于物理渲染的 PhysX 和用于描述表面渲染的材料定义语言 (MDL)。

这也有助于重新思考与其他工具建立联系的方式。 例如,英伟达可以通过美元微服务连接引入人工智能工具。 DeLise 认为 3D 图形行业仍处于连接所有支持网络上常见功能的工具的早期旅程。

“我认为 USD 将是开始描述这个世界的好方法,但要弄清楚这些行为、微服务和连接以达到那个水平,还有很多工作要做,”DeLise 说。

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