Omniverse 教程 (2) : 什么是 OpenUSD？

自从 NVIDIA Omniverse™ 推出以来，一直在强调 OpenUSD 是 Omniverse 的基础，是这个实时协作平台得以构建和扩展，让各种内容创作工具得以互连协作的核心要素。

OpenUSD 到底有何独特之处，让众多 3D 生态系统厂商致力于将其打造成 3D 世界的 “HTML” 呢？

1. 什么是 OpenUSD?

在 CG 电影或游戏、工业工程、科学实验等计算机图形和模拟制作流程中，通常会生成、存储和传输大量 3D 数据，它们被称之为“场景描述”。制作流程中很多应用程序（包括建模、着色、动画、照明、渲染等），都有自己的专属场景描述和资产格式，其他应用程序不可读、不可编辑。按照传统的线性协作流程，意味着这些数据资产需要在多个部门、多个人员之间进行频繁地格式转换和修改，费时又费力，还可能会造成数据丢失或错误。

面对这样的情况，USD 应运而生。皮克斯在 2012 年推出了 USD（Universal Scene Description，通用场景描述），它是一款开放式 API 的通用场景描述工具，用于在虚拟世界中创建、编辑、查询、渲染、协作和模拟真实世界的场景。

USD 于 2016 年开源，由于其具有各种强大的功能，它不仅在视觉效果领域得到广泛应用，还应用于建筑、工程、设计、零售、机器人、制造和其他领域。USD 不仅仅是一种文件格式，它还是一种框架、生态系统，并提供资源交换功能，可在不同的数据源之间进行协作并构建一个完整的物理场景。

NVIDIA 与皮克斯、Adobe、苹果和 Autodesk 前不久宣布成立 OpenUSD 联盟（AOUSD），致力于促进 USD 的标准化、开发、演化和发展。USD 也正式更名为“OpenUSD”，更强调了 USD 的开放性、通用性和可扩展性，向着 3D 图形、设计和模拟的新世纪迈出了一大步。

▲ OpenUSD 示意图
展示了其作为一项大规模工业流程技术的强大功能

OpenUSD 能够支持构建虚拟世界过程中的各种需求，如几何体、摄像机、灯光和材质等。它还包含扩展到大型复杂数据集所需的功能，而且具有极大的可扩展性，因此能够适应视觉特效等各种工作流。

2. OpenUSD 有何独特之处？

OpenUSD 之所以能够成为开放标准，得益于其四大独特优势，作为 3D 数据建模和资源交换的强大利器，可实现高度可扩展性，并满足虚拟世界的需求。

2.1 合成引擎

OpenUSD 能够将来自不同平台的数据源作为单个图层进行稀疏、非破坏性的组合，不同的用户可以修改不同图层中的合成场景，所有的编辑是非破坏性的，而且所有图层中的数据仍然可以访问。

2.2 自定义模式

OpenUSD 的数据模型可通过自定义模式进行扩展，OpenUSD 已经将几何图形和着色等核心模式做了绑定。NVIDIA 还与皮克斯和苹果公司合作，创建了基于刚体物理运动的模式，并且还在探索其他自定义模式，以进一步扩展数字孪生和虚拟世界的生态系统。

2.3 资产解析器和数据存储

OpenUSD 数据不会依赖于文件系统或与其他永久性存储绑定，甚至可以按程序生成。这是由 OpenUSD 的插件系统实现的，该系统支持 NVIDIA Omniverse™ Nuclues 等资产解析器以及 OBJ 等文件格式。

2.4 Hydra

Hydra 最初被设计为 OpenUSD 输入场景图与 RTX 等输出渲染器之间的抽象层，现已演进为用于处理组合场景图和运行时的通用框架。Hydra 的主要优势之一是它不与任何单一运行时数据布局紧密耦合，这让 NVIDIA Omniverse 能够将组合后的 OpenUSD 编译为深度向量化的数据布局，即 Fabric。这就意味着，如果渲染器适配了 Hydra，就可以支持 OpenUSD。借助 Hydra，OpenUSD 可以为不同的渲染器诸如 Pixar Storm 和 RenderMan 等提供开箱即用的服务。

3. OpenUSD：NVIDIA Omniverse 的基础

基于 OpenUSD 高度的灵活性、可扩展、可协作及可定制化的特性，使得高保真和准确的模拟真实世界成为可能，元宇宙需要一个等同于 HTML 的方式来高度详细地描述各个相互连接的 3D 世界。用户必须能够使用各种工具、查看器和浏览器在 3D 世界之间进行无缝、连贯的移动。OpenUSD 无疑是一个出色的解决方案。

NVIDIA Omniverse 是用于创建和操作元宇宙应用程序的平台，OpenUSD 是 NVIDIA Omniverse 的基础。NVIDIA Omniverse 完全基于 OpenUSD 构建，这是一个开放且可扩展的生态系统，用于在 3D 世界中进行合成、模拟和协作。

创作者可以利用 OpenUSD 将创意应用程序同步到 NVIDIA Omniverse，在统一视图中共享、编辑 3D 数据；开发人员可通过 OpenUSD 在 Omniverse 平台上构建自定义扩展程序、工具和微服务；企业也可以借助 OpenUSD 的互操作性，打破 3D 数据孤岛，统筹大型团队，加速 3D 工作流。

NVIDIA 一直在深度参与 OpenUSD 方面的工作，并与生态合作伙伴合力加速该框架在各个行业的发展和应用，使其包含许多未来功能，例如地理空间坐标、连接 glTF 文件格式、实时程序化、能够在网络浏览器中运行，以及实时串流物联网数据等。

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