OpenUSD数据标准媒体应用指南（2024）
行业现状及面临的挑战
当前3D视觉内容制作面临诸多挑战，包括：
- 视频制作流程中创建3D数字资产的难点：生产过程数字内容流转复杂、兼容性问题、团队协作困难、超大型场景加载性能差、数字内容扩展性差。
- 在网络环境中应用3D数字资产的瓶颈：数据存储（大数据量、格式兼容性）、数据传输（网络带宽限制、传输稳定性）、实时显示（计算资源限制、渲染性能、交互响应性）、兼容性和可扩展性（多设备支持、多平台兼容）、用户交互（复杂交互设计、设备多样性）。
- 在开发3D实时互动类型的项目中遇到的问题：缺乏统一且通用的3D数字资产标准，导致制作成本增加，制作流程难以扩展。
OpenUSD数据标准概述
OpenUSD数据标准由皮克斯动画工作室开发，是一种开源的高性能3D场景描述技术，具有以下优势：
- 快速加载和回放大型数据集：轻量化组装场景，降低高精度复杂3D场景的数据量，提高动画迭代效率。
- 非破坏性工作流程有利于团队协同：不同艺术家可同时在同一资产或场景中并行工作，管理和控制数字资产的更新和版本迭代，提高复杂项目的制作效率和团队协同能力。
- 通用标准有利于简化流程：被越来越多的软硬件采纳和支持，艺术家可选择最擅长的软件工具创作通用3D数字资产，减少格式转换次数，简化工作流程，提高创作质量和3D数字资产的复用率。
OpenUSD标准技术框架
OpenUSD的基本组成包括：
- Stage（场景图）：描述场景中所有元素，由根OpenUSD文件和所有引用/分层文件组成。
- Prim（基本单元）：OpenUSD的基本单元，可包含其他Prim，类型包括几何体、灯光、相机、着色器、XForm、Scope等。
- Layer（层）：包含零个或多个Prim，每个Layer通常对应一个单独的Usd/Usda/Usdc文件，用于管理场景中的Prim以及Prim之间的关系。
OpenUSD的操作机制包括：
- Composition（合成）：将多个Layer组装在一起最终形成一个Stage的过程。
- Composition Arcs（合成弧）：Composition过程中的具体规则方法，包括subLayers、inherits、variantSets、references、payloads、specializes等。
- VariantSet（变体集）：允许内容创建者打包一组不同的替代方案，下游使用者可在这些替代方案之间进行非破坏性切换或扩充。
OpenUSD的属性包括：
- Opinions（prim的属性及数值）：Prim的属性和数值。
- Proxy（代理）：用于显示轻量化的代理模型，而非高精度的渲染模型。
- Proxy与VariantSet的比较：Proxy可用于在软件的操作视口中只显示低精度的模型，而VariantSet无法满足这种需求。
利用OpenUSD提高制作效率和质量
OpenUSD可用于提高制作效率和质量，具体应用包括：
- 利用OpenUSD封装3D数字资产：通过OpenUSD封装3D数字资产，可实现资产复用和资产交易，提高资产复用率和资产交易效率。
- 利用OpenUSD应对大数据量的3D场景：通过Reference引用机制、轻量化数据交互、存储解算特效数据、实时物理模拟等方式，有效应对大数据量的3D场景。
- 利用OpenUSD提高动画迭代效率：利用Layer层和VariantSet机制，可轻松管理不同版本的动画数据，提高动画迭代效率。
- 实时渲染OpenUSD场景：OpenUSD的轻量化特性可减少3D场景的数据量，有效提高渲染速度。
- 利用OpenUSD轻便化程序建模：可直接从中心服务器检索符合条件的模型资产，并快速连接到工具中进行程序化预览。
- 利用OpenUSD的扩展功能实现自定义管理：利用NVIDIA Omniverse的KIT工具包，可对OpenUSD场景进行自定义应用。
利用OpenUSD提高协同能力
OpenUSD可用于提高协同能力，具体应用包括：
- OpenUSD在团队协同工作中的应用：OpenUSD的非破坏性工作流和Layer层机制，可提高团队协同水平。
- 实现OpenUSD场景的异地实时交互：通过NVIDIA Omniverse平台，可实现实时协作和异地实时交互。
- OpenUSD在云服务中的应用：OpenUSD全场景描述的特性，可解决软件服务化中的版本同步难题。
- 利用OpenUSD加强数据安全：基于OpenUSD的开放性，可对3D数字资产进行安全封装。
- OpenUSD在不同软件间的协同应用：OpenUSD支持多种软件及平台，使得不同工具之间的数据交换变得更加顺畅。
OpenUSD与AI人工智能应用
OpenUSD可用于AI人工智能应用，具体应用包括：
- 利用AI能力自动生成OpenUSD资产：利用Omniverse和AI方式生成HDRI全景图、3D场景等。
- OpenUSD在AI领域的应用展望：OpenUSD在AI领域具有通用性和兼容性、高效的数据管理、跨平台兼容等优势，可用于数据处理和模型训练。
结论
OpenUSD数据标准为3D创意技术发展提供了先进的解决方案，可有效提高影视媒体行业3D内容的创作效率和作品质量，推动行业科技水平提升。
