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USD Universal Scene Description
USD Universal Scene Description, últimamente suena mucho eso del USD, pero, ¿Qué es y para qué sirve este formato de Pixar?
Las canalizaciones capaces de producir películas gráficas por computadora y juegos normalmente generan, almacenan y transmiten grandes cantidades de datos 3D, que llamamos descripción de escena.
Cada una de las muchas aplicaciones de cooperación en la canalización como el modelado, sombreado, animación, iluminación, FX, renderizado, normalmente tiene su propia forma especial de descripción de escena adaptada a las necesidades específicas y flujos de trabajo de la aplicación, y no legible ni editable por ninguna otra aplicación.
Universal Scene Description (USD) es el primer software disponible públicamente que aborda la necesidad de intercambiar y aumentar de forma robusta y escalable en escenas 3D arbitrarias que pueden estar compuestas de muchos activos elementales.
Pero a diferencia de otros paquetes de intercambio, USD también permite el ensamblado y la organización de cualquier número de activos en conjuntos virtuales, escenas y tomas, transmitirlos de aplicación en aplicación y editarlos de forma no destructiva, como invalidaciones, con una única API coherente, en un único gráfico de escena.
USD proporciona un conjunto de herramientas enriquecido para leer, escribir, editar y previsualizar rápidamente la geometría 3D y el sombreado.
Además, debido a que el escenografía principal de USD y el motor de composición son agnósticos de 3D, USD se puede extender de una manera sostenible para codificar y componer datos en otros dominios.
Concretamente, USD es un proyecto de Open Source lanzado bajo una licencia Apache modificada.
¿Por qué trabajar con USD?
USD es el núcleo de la canalización de gráficos 3D de Pixar, utilizada en cada aplicación de creación y renderizado 3D, incluido el sistema de animación Presto patentado de Pixar.
Pixar está profundamente comprometido con la evolución y la mejora de los USD para abordar los siguientes problemas de producción en :
Proporcionar un lenguaje rico y común para definir, empaquetar, ensamblar y editar datos 3D, facilitando el uso de múltiples aplicaciones de creación de contenido digital.
Al igual que muchos otros paquetes de intercambio, USD proporciona un modelo de datos de bajo nivel que estipula, en un nivel de formato de archivo, cómo se codifican y organizan los datos.
Además de un conjunto (extensible) de esquemas de alto nivel que proporcionan API y organización significativas para conceptos como una malla o una transformación.
Con tal base se puede crear geometría y cachés de sombreado.
Pero USD va más allá para proporcionar un conjunto que recombina de arcos de composición que se pueden utilizar para empaquetar, agregar, variar y reemplazar elementos y activos primitivos, con un motor de evaluación de tiempo de ejecución de alto rendimiento, incorporado en un gráfico de escena compacto conocido como un escenario, para resolver la resultante de la descripción de escena compuesta y extraer (y crear) datos de él.
Permita que varios artistas colaboren en los mismos activos y escenas.
El arco de composición más básico de USD, el operador subLayers, facilita a múltiples artistas en diferentes departamentos, o dentro del mismo departamento, trabajar simultáneamente en el mismo activo o escena, permitiendo que cada artista trabaje en su propio archivo (llamado capa), todos los cuales se combinarán y resolverán en un orden de fuerza claramente especificado en los propios archivos USD.
Esta capacidad no es una bala mágica que puede ajustar automáticamente los datos de sombreado en una capa más fuerte cuando el artista de modelado cambia la topología de geometría definida en una capa más débil, pero permite a cada artista trabajar de forma independiente sin borrar o editar el trabajo de cualquier otro artista, y ayuda a proporcionar un rastro de auditoría clara de los cambios que ayuda a abordar problemas como el problema de topología cambiante.
Maximice la iteración artística minimizando la latencia. Como en muchos medios, uno de los ingredientes más importantes para lograr arte digital de alta calidad es la capacidad de iterar rápidamente y a menudo en un diseño, un activo, una animación.
Uno de los impedimentos más destacados para la iteración en el arte 3D es la velocidad con la que un artista puede obtener retroalimentación visual suficientemente buena sobre los resultados de sus ediciones, y la velocidad con la que puede migrar nuevos datos entre múltiples aplicaciones, o restaurar una sesión que se ha estrellado.
La velocidad es un objetivo principal y continuo del proyecto USD en Pixar. Continuamos explorando mejoras algorítmicas, mejores maneras de aprovechar los sistemas modernos multinúcleo y GPU, y técnicas de compresión para minimizar la latencia en el acceso a archivos en red.
Si sus necesidades son similares o son un subconjunto de lo anterior, entonces USD puede ser una opción atractiva.
¿Qué puede hacer USD?
USD organiza los datos en espacios de nombres jerárquicos de Prims (abreviatura de primitivo). Además de los Prims secundarios, cada Prim puede contener atributos y relaciones, conocidos colectivamente como Propiedades.
Los atributos tienen valores con tipo que pueden variar con el tiempo. Las relaciones son punteros de varios destinos a otros objetos de una jerarquía y USD se encarga de reasignar los destinos automáticamente cuando hacer referencia hace que los espacios de nombres cambien.
Tanto Prims como properties también pueden tener metadatos (que no varían en el tiempo).
Prims y su contenido se organizan en una abstracción de archivos conocida como Capa.
Construido sobre esta descripción de escena genérica de bajo nivel, USD proporciona un conjunto de esquemas que establecen una codificación estándar y una API de cliente para conceptos comunes de 3D CG como:
La geometría
Los esquemas UsdGeom definen mallas, transformaciones, curvas, puntos, parches Nurbs y varios sólidos intrínsecos (OpenSubdiv- compatible).
También define: el concepto de primvares arbitrarios como atributos que pueden interpolar a través de una superficie geométrica, extensiones geométricas y cajas delimitadoras calculadas, visibilidad de la poda, y un atributo denominado propósito que expresa una visibilidad condicional (no animable) útil para implementar funciones y guías de nivel de detalle.
Sombreado. Los esquemas UsdShade definen nodos de sombreador primitivos que se pueden conectar en redes y empaquetarse en materiales, en los que se puede crear una interfaz pública de atributos que impulsarán los parámetros en las redes de sombreador independientes.
Aunque los esquemas UsdShade se utilizan en los complementos USD para transmitir el sombreado de RenderMan de Maya a Katana, tenga en cuenta que estos esquemas están en flujo hasta la versión de 1.0 USD.
Modelo y activo. Los operadores de composición de USD le permiten construir escenas arbitrariamente grandes y complejas. Como ayuda para procesar, analizar y descomponer tales escenas, USD formaliza los conceptos de modelo y activo.
La clasificación de Prim "modelo" permite dividir los escenografías en fragmentos lógicos y manejables para el recorrido, la administración de conjuntos de trabajo y la combinación/almacenamiento en caché de datos.
El concepto de activo aparece en USD en dos niveles: como un tipo de datos básico para referirse inequívocamente a un archivo externo, que identifica qué datos deben participar en la resolución de activos/rutas, y en el esquema AssetInfo para depositar un registro de los activos a los que se ha hecho referencia en una escena, que sobrevive incluso si la escena se aplana.
USD puede componer y anular
La siguiente es una descripción muy compacta de la semántica de composición de USD, con enlaces precisos a descripciones más detalladas. También puede leer una descripción más larga, más gráfica y pausada.
Puede apilar capas USD juntas utilizando el arco de composición de subCapas, y el motor de composición resolverá los datos contenidos en tales capas ordenadas (anidados) "Layer Stacks" de forma similar a cómo se componen las capas en Adobe Photoshop.
Cualquier Prim de una capa también puede contener uno o más arcos de composición de referencias que tienen como destino un Prim en otra capa, o la misma, y compone el árbol en el Prim de destino en el Prim de referencia, esta es la forma principal de ensamblar activos elementales en agregados y escenas completas.
El arco de carga útil proporciona una referencia diferida que se puede cargar selectivamente (o descargar) desde un escenario después de que la etapa se abrió inicialmente. El uso juicioso de las cargas útiles le permite estructurar escenas para que los clientes puedan administrar fácilmente conjuntos de trabajo, manteniendo en la memoria sólo las partes de la escena que necesitan para la tarea en cuestión.
VariantSets permite a un creador de activos agrupar diferentes variaciones de un activo en un solo paquete con un selector de variantes que los consumidores de activos descendentes pueden cambiar, de forma no destructiva, en capas más fuertes para cambiar la variación que desean. Cualquier Prim puede definir varios VariantSets, que pueden variar a lo largo de ejes dependientes o independientes.
Por último, hereda y especializa arcos de composición que establecen una relación persistente (a través de más lejos, arcos de composición aguas arriba) entre un Prim base y un Prim derivado, de modo que el Prim derivado recibe todas las invalidaciones aplicadas a la base Prim en cualquier parte de la composición.
La diferencia técnica entre hereda y especializada radica en los detalles de cuando las opiniones derivadas ganan sobre las opiniones de la base, pero prácticamente la diferencia es: se puede utilizar hereda para editar fácilmente todas las instancias de una clase particular de Prim o activo, y puede utilizar la especialización para crear un derivado que siempre es un refinamiento especializado de base en todas las vistas de su escena.
El aspecto más potente y unificador de la semántica de composición de USD es que todos los operadores anteriores se pueden aplicar a cualquier Prim, en cualquier combinación, y el motor de composición resolverá el gráfico resultante de una manera predecible.
La otra propiedad deseable que se cae de este tratamiento uniforme de los arcos de composición es que las capas más fuertes de una composición pueden invalidar la descripción de la escena en capas más débiles de forma uniforme, independientemente de si las capas más débiles fueron sub-capa, referenciadas, heredadas, etc. Una capa más fuerte puede anular lo siguiente con respecto a las capas más débiles:
Añadir nuevos Prims incluyendo subárboles enteros arraigados en el Prim añadido
Desactivar Prims, que es el método de USD para la eliminación no destructiva (y reversible) de Prim/subárbol
Reordenar Prims, ya que en algunos contextos, el orden de espacios de nombres puede ser significativo
Agregar o quitar variantes a un VariantSet existente
Agregar o quitar VariantSets completos o destinos para heredar o especializarse
Reemplazar el valor de los metadatos de esquema y de nivel de usuario en un Prim o propiedad
Añadir nuevas propiedades a un Prim
Reordenar propiedades en un Prim. Si no se ordena explícitamente, las propiedades se enumeran en orden de diccionario
Invalidar el valor de cualquier atributo (un valor de invalidación bloquea todas las timeSamples más débiles)
Bloquear el valor de un atributo, de modo que parezca que no tiene ningún valor creado
Agregar, quitar y reordenar destinos en una relación
Por último, USD proporciona un puñado de características de nivel de tabla de escenas que pueden expandir en gran medida los tipos y la escala de conjuntos de datos codificables en USD.
Los dos más prominentes son native Prim Instancing para la codificación (y procesamiento) de forma muy compacta un gran número de instancias/copias de un activo o Prim al que se hace referencia, aplicable cuando las copias no necesitan ser editadas profundamente. Y Clips de valor, que permiten timeSamples para un conjunto de Prims que se dispersarán en muchos archivos, y (re-)secuenciado y reprogramado de forma no destructiva.
USD/Hydra puede imagen
Hydra es el marco de imágenes que se envía como parte de la distribución de USD. Conecta varios front-ends (que consumen datos de escena) y varios back-ends (que envían los datos de la escena a los renderizadores).
Su primer y principal "back-end" es un renderizador OpenGL moderno, que es altamente escalable, multi-pass y utiliza OpenSubdiv para la representación de malla. La distribución también se incluye con un simple trazador de ruta basado en Embree para servir de ejemplo para crear más backend.
El front-end USD de Hydra se utiliza en usdview y los plugins de terceros incluidos con la distribución USD, y está destinado a proporcionar una representación de geometría de "verdad de tierra" de cualquier escena compuesta de Prims conformes a los esquemas UsdGeom.
También proporciona una vista previa rápida y transmisión de animación para escenas de USD.
USD se puede ampliar /personalizar
A pesar de que USD se utilizará principalmente como una sub-consulta integrado, la amplitud del espacio de problemas que cubre exige que sea extensible a lo largo de una serie de ejes. USD viene con su propio mecanismo de descubrimiento de plugins, y los siguientes puntos de plugin:
Resolución de activos. En una escena muy referenciada, puede ser ventajoso tener un grado de separación entre las rutas de activos registradas en los archivos USD y la "ruta de archivo resuelta" desde la que se cargará el activo en última instancia. La interfaz ArResolver se puede personalizar por instalación de USD, lo que permite, por ejemplo, que se resuelvan las convenciones de nomenclatura específicas del sitio y que se aplique el control de control de versiones dinámico.
USD se suministra con una implementación de resolución predeterminada que permite una resolución de activos de estilo "searchpath" simple.
Formatos de archivo. Se puede hacer que una capa USD se rellene con datos traducidos de cualquier tipo de formato de archivo compatible, mediante la implementación de un complemento SdfFileFormat para el formato.
Los propios formatos nativos ASCII y binarios de USD se implementan de esta manera, al igual que el soporte incluido para leer archivos Alembic a través del complemento Alembic USD.
Esquemas. USD incluye una herramienta para generar nuevos esquemas (clases de C++, enlaces Python y todos los reutilizables necesarios) a partir de una simple descripción USD ASCII del esquema.
Esto se puede usar para agregar nuevos tipos de esquema de USD Prim y API a su canalización o paquete, con el que podrá interactuar en los complementos de nivel de aplicación como si fueran esquemas de USD nativos.
Para los esquemas con tipo que son conceptualmente perceptibles de convertirse en imágenes, también puede enseñar a Hydra cómo crear imágenes de ellos.
Activision USD Shell Extension permite ver y formatear archivos USD
Activision USD Shell Extension permite ver y formatear archivos USD. El desarrollador de juegos Activision ha publicado su extensión USD Shell, un proyecto de código abierto que permite a los usuarios de Windows ver y formatear archivos USD de forma nativa dentro del Explorador de archivos.
La extensión educe la necesidad recurrir a la apertura de software pesado para realizar tareas básicas como la vista previa de archivos USD, que se puede hacer en 3D directamente dentro del panel de vista previa de Windows, utilizando cualquier renderizador Hydra.
Vista previa, búsqueda y edición de archivos USD directamente dentro de Windows. Activision USD Shell Extension está destinada a permitir que los artistas de VFX y juegos que trabajan con datos en el formato de USD (Universal Scene Description) de Pixar, puedan manipular estos datos directamente utilizando el administrador de archivos de Windows.
Está diseñado para manejar grandes activos de producción, ejecutando la mayoría de las tareas de forma asincrónica fuera del proceso del Explorador de archivos, para no detener ni bloquear el Explorador o el escritorio de Windows.
Una vez instalado, los usuarios pueden obtener una vista previa de los archivos USD en 3D dentro de un panel de vista previa estándar de Windows.
De forma predeterminada, la ventanilla 3D se representa con UsdView, el visor de USD nativo, pero puedes cambiarla para usar cualquier motor de render compatible con Hydra que tengas instalado, como Karma de Arnold o Houdini.
La extensión Shell también genera automáticamente miniaturas para archivos USD y permite buscar metadatos USD a través de Windows Search, incluidos comentarios, documentación y datos de capas personalizadas.
Además puedes convertir activos entre los formatos USD, USDA, USDC y USDZ desde el menú contextual del botón secundario del mouse, o editar el código mediante Visual Studio o cualquier otro IDE especificado.
Activision USD Shell Extension está disponible bajo una licencia Apache 2.0. Además de compilar desde el código fuente, puedes instalar uno de los binarios gratuitos de Activision.
Para usar la extensión, deberás ejecutar Windows 10 y tener USD propio instalado, ya sea construyéndolo desde el código fuente, o instalando una biblioteca preconstruida, como las disponibles en el sitio web para desarrolladores de Nvidia.
Si está interesado en la extensión, puedes descargarla de forma gratuita en GitHub.
https://youtu.be/I6urjNyGxjE
USD Hydra en versión beta para Blender
AMD ha publicado su plugin de código abierto USD Hydra en versión beta para Blender.
USD Hydra permite a los usuarios importar archivos desde USD a Blender, componer escenas de USD y renderizarlas utilizando el marco de renderizado Hydra de Universal Scene Description, incluido su renderizador predeterminado HDStorm.
Importar, componer y renderizar archivos de USD dentro de Blender
Aunque Blender debe obtener su propio importador de USD en Blender 3.0, ahora programado para finales de este año, el complemento de AMD está destinado a proporcionar soporte de primera clase para USD.
Además de importar datos en formato USD, el complemento permite a los usuarios componer escenas de USD dentro de Blender y exportar las etapas de USD ensambladas para su uso en otras aplicaciones DCC.
También permite cargar, editar y exportar materiales en formato MaterialX compatible con USD de ILM. También compatible con Substance 3D Designer, la aplicación para crear materiales de Adobe y en el renderizador Arnold de Autodesk.
Y, como su nombre indica, el plugin permite a los usuarios renderizar escenas de Blender a través del framework Hydra de USD.
En la compilación actual, los únicos renderizadores incluidos son HDStorm, el delegado de renderizado Hydra predeterminado y la propia Radeon ProRender de AMD.
Sin embargo, AMD dice que hay otros motores de render disponibles como delegados de Hydra, incluidos Arnold, Redshift y RenderMan, que deberían funcionar bien. Eso quiere decir que no los han probado a fondo.
USD Hydra es compatible con Blender 2.90 y versiones superiores. Según la documentación publicada por AMD, solo funciona en Windows 10, aunque la página de descarga también incluye una compilación de Ubuntu.
El objetivo principal de USD Hydra es abrir nuevos flujos de trabajo que utilicen USD y MaterialX en Blender. Esto permite:
- Ensamblaje y manipulación de datos de USD.
- Hacer referencia a archivos USD, no solo importar y exportar para que no tengan que estar en la memoria de Blender.
- Importación y conversión de redes MaterialX.
Si estás interesado en probarlo, puedes descargar el plugin desde GitHub.
https://youtu.be/T7l8rVUvMbs
USD Working Group destaca en OpenUSD
Uno de los grupos de trabajo de más rápido crecimiento de la Academy Software Foundation ha sido el USD Working Group, copresidido por Nick Porcino de Pixar y Alexander Schwank de Apple. Pixar desarrolló OpenUSD, abreviatura de Universal Scene Description, para abordar desafíos comunes en el flujo de trabajo y reducir la complejidad cuando se trabaja con múltiples paquetes de creación de contenido.
OpenUSD es el primer software de código abierto centrado en el intercambio a escala de estudio e industria de escenas compuestas que contienen muchos activos, fuentes y animaciones diferentes, fomentando flujos de trabajo altamente colaborativos.
Trabajando en estrecha colaboración con Pixar, el grupo de trabajo USD de la Academy Software Foundation es un lugar para que las comunidades más amplias de efectos visuales, animación y desarrollo de juegos se comuniquen y ayuden en los esfuerzos de adopción de USD en toda la industria, pero ha evolucionado para llegar a una amplia gama de industrias, incluyendo videojuegos, GIS (sistemas de información geográfica), arquitectura, gemelos digitales, simulación, educación, exhibición y más.
Con la friolera de 800 miembros y contando
El Grupo de Trabajo USD ilustra el gran potencial del código abierto para reunir a diferentes comunidades para compartir ideas, lecciones y descubrir objetivos comunes. El grupo se enfoca principalmente en consolidar y compartir las mejores prácticas para la implementación de tecnologías de USD y brindar soluciones examinadas para problemas comunes planteados en los canales de soporte de USD.
Se suma a la comunidad USD una nueva organización sin fines de lucro llamada Alliance for OpenUSD (AOUSD), dedicada a estandarizar, evolucionar y expandir OpenUSD para promover la interoperabilidad en el contenido 3D.
El grupo de trabajo de USD de Academy Software Foundation se conectará con AOUSD para representar los intereses y técnicas desarrolladas por la comunidad activa de USD WG. Esta relación demuestra el compromiso de Academy Software Foundation y USD Working Group en crear un próspero ecosistema de USD para la industria cinematográfica y más.
Para conocer más sobre AOUSD
Regístrese para asistir al programa principal de Open Source Days de Academy Software Foundation el 6 de agosto, que incluirá una sesión de panel sobre Hacia la interoperabilidad 3D con descripción de escena universal (OpenUSD) a la 1:30 p. m. PT. Habrá opciones tanto presenciales como virtuales disponibles.
Para obtener más información sobre el Grupo de Trabajo de USD de la Fundación, únase a la Reunión Pública Virtual del Grupo de Trabajo de USD el miércoles 16 de agosto, de 1:00 p. m. a 3:00 p. m. (hora del Pacífico).
Los líderes del grupo de trabajo compartirán una actualización sobre las actividades e hitos del grupo. Mientras tanto, aquí hay una descripción general de los subgrupos del Grupo de trabajo de USD, que se formaron orgánicamente en función de los intereses específicos de los miembros.
Activos de USD
Tiene como objetivo ofrecer guías, referencias y activos de prueba para ayudar a los usuarios a comprender y utilizar el USD de manera productiva. Su objetivo es hacer que el ecosistema sea más confiable. Contribuyen proporcionando orientación escrita, activos de prueba completos que reflejan la complejidad del mundo real y pequeños activos de prueba para herramientas. Jeremy Cowles lidera este subgrupo.
El subgrupo USD Camera
Se enfoca en abordar los desafíos en la producción virtual, efectos visuales y animación. Trabajan para optimizar la aplicación de metadatos y parámetros físicos de cámaras del mundo real a un marco de cámara CG basado en USD.
Colaboran estrechamente con la Sociedad Estadounidense de Cinematógrafos (ASC), el Comité Técnico de la Sociedad de Efectos Visuales (VES) y fabricantes de cámaras y lentes, buscando consenso de la industria sobre las necesidades en el set. Michael Min lidera este subgrupo.
El subgrupo USD Games
Está compuesto por miembros con experiencia en desarrollo de juegos. Su objetivo es mejorar el uso del formato USD en juegos, abarcando desde el contenido original y los activos hasta la integración del motor del juego, facilitando flujos de trabajo bidireccionales.
Han logrado resultados destacados, como el Libro de USD de Remedy Entertainment publicado en Github, un manual completo sobre USD para la comunidad de juegos, y un complemento FBX para USD que permite una migración sólida de flujos de trabajo de activos basados en FBX a USD. François Devic y Thomas Trently lideran este subgrupo.
El subgrupo USD MaterialX
Trabaja en colaboración con el proyecto principal de MaterialX de Academy Software Foundation para asegurar la interoperabilidad entre MaterialX y USD. Gracias a sus esfuerzos, MaterialX está disponible de forma predeterminada al compilar OpenUSD.
Esta integración se puede explorar en la muestra de Chess Set y el nuevo activo de referencia Shader Ball. La dirección de este subgrupo está a cargo de Orn Gunnarsson y Ashwin Bhat.
El subgrupo USD Web Visualization
Explora soluciones y mejores prácticas para crear, compartir y consumir USD de manera más sencilla en el mundo interconectado actual. Una de sus iniciativas incluye la conversión de OpenUSD a WebAssembly (Wasm) para su uso en la web, lo que permite a los consumidores experimentar directamente los beneficios de USD.
Autodesk ha compartido un paquete de demostraciones en Github, mostrando USD completamente funcional para la web, incluyendo la famosa escena de la cocina de Pixar, lo que ha entusiasmado a la comunidad para participar aún más en este tema. La dirección de este subgrupo está a cargo de Phil Sawicki y Roman Zulak.
