技术探究 通用场景描述（Universial Scene Description, USD）
USD是指Pixar皮克斯动画公司制定的通用场景描述（Universal Scene Description，USD） 格式。
本文将从 USD概念、USD体系、USD简易教程、USD在UE中的应用、USD相关资源，这五个方面展开阐述。USD的诞生是为了解决场景描述通用性的问题，所以，学好USD最重要的两点是：
- 理解USD构建场景的思路和体系结构
- 熟练使用USD提供的 API 以及 工具集
一、USD概念
1. 什么是USD？
USD，是指通用场景描述（Universal Scene Description），用于稳健而且可扩展地交换及增强任意3D场景，而这些场景可能包含众多基本资产。USD不仅提供多类工具集，可用于阅读、写作、编辑和快速预览3D几何图形和着色，还提供元素资产（例如模型)或动画的交换，是3D场景在不同创作工具之间相互交换的桥梁。
使用USD，就是为了提供一套针对3D数据的定义、包装、集成、编辑的统一语言。
针对几何相关的内容，USD提供了 UsdGeom 库。其定义了（OpenSubdiv适用的）网格体、变换、曲线、点、nurbs patches、穿插在几何体表面的各种属性、几何相关的扩展和集成、计算边界框等等。
针对着色，USD提供了 UsdShade 库。其定义了可以连接入网络、打包到可复用材质的基本着色节点，基于此特性，用户可以创建公共接口用于修改着色网络中的参数。它为几何体与材料的绑定提供了巨大的灵活性。
USD重新定义了模型（Model）和资产（Asset）的概念。为了更好地描述和管理较大的 Prims（USD中最基本的容器对象），用 Model 来表示某些特定的Prims。叶节点Model被称作Compoent。组成Model的Model被称作Group，而发布后的Group（一种Asset）被称作 Assembly。Asset 在USD中指底层的某个独一无二的外部资产文件，它也可以指代场景中的某个由一串字符标识的物件。同时 “asset” 也是USD中的一个基本类型，对应C++中的SdfAssetPath类。
USD不是一个应用，而是一个体系。它可以文件格式，可以是一系列工具，也可以是集成在其它任何应用中的插件。
2. USD的特点
支持不同文件格式
对应抽象类SdfFileFormat
二进制文件（.usdc）
文本文件（.usda）
压缩文件（.usdz）统一的API
C++
USD - C++API手册： https://graphics.pixar.com/usd/release/api/index.html
Python
USD - PythonAPI指南： https://developer.nvidia.cn/usd/apinotes
USD - Python调用示例：
丰富的工具集
usdedit
此工具将.usd文件转换成临时的.usda文件，并用编辑器打开它。编辑器是可选择的，通过环境变量EDITOR指定用哪个编辑器。
usdcat
此工具用于查看usd文件，可以将.usd文件输出到stdout或者某个指定文件。也可以用于转换.usdc文件。
usddiff
此工具将对比两个usd文件的差异（对比的是usdcat的输出结果）。
usdview
这是USD提供的功能最全的工具，它可以打开usd文件并提供了3D交互界面、场景树导航、一系列的诊断工具以及内嵌的Python解释器。
usdrecord
此工具是命令行工具，用于生成某个 USD Stage 的图片或者图片序列。图片的生成工作由Hydra完成，等同于 usdview 中预览到的画面。
usdresolve
此工具用于解析资产路径（asset path）。
usdtree
此工具在终端以Unix风格输出USD Layer的树形结构。
usdzip
此工具用于压缩多个usd文件，生成一个.usdz文件。
usdchecker
此工具用于验证.usd或者.usdz文件的有效性，确保Hydra能够对其进行有效渲染。
usdstitch
此工具可以集成数个usd文件到一个独立的usd文件。此过程与flatten操作不同。
usdstitchclips
usddumpcrate
USD的自定义二进制格式文件（后缀.usdc），被称作USD Crate File，此工具可以提供usdc文件信息，用于底层低级调试。
sdfdump
sdffilter多人同时修改同一资产或场景
NVIDIA - Omniverse 英伟达官网下载地址
Nvidia Omniverse Launcher 非常强大，它集成了Omniverse平台提供的各种功能性应用，以及生态链上的各种第三方应用，其中就包括USDView。 在EXCHANGE页面可以进行浏览、下载，在LIBRARY界面可以启动已安装好的应用。
二、*USD体系
1. 体系结构
Layer
Prims
Attributes ( has basic types )
Relationships
2. 场景描述文件
示例一 - Kitchen_set
整个Kitchen_set的场景在USDView中打开后，界面如下。
这里可以更直观地了解到USD描述场景的思想，即 分而治之：
- 厨房被分成西边、北边、餐桌、天花板，四个区域。
- 以餐桌区域为例，又被分成了桌子、椅子A、椅子B、桌上物品，四个部分。
- 以桌上物品为例，又按照更具体的概念，被分成各个物品，包括勺子，茶杯，装满麦片的碗，蜡笔等等。
- 展开装满麦片的碗，其中有包含两个部分，碗和麦片（展开可见，麦片由100多个独立的单个麦片组成）。
- 展开碗，里面只有碗的几何描述。此时，对于场景构成的描述已经无法继续展开。
我们来分析一下这个场景对应的usd文件：
打开 Kitchen_set.usd 发现其组织结构和在 USDView 中的“世界树”完全一致。
Kitchen_set (xform / assembly )
Props_grp (xform / group)
North_grp (xform / group)
NorthWall_grp (xform / group)
MeasuringSpoon_1 (具体物件，references指向一个引用的资产，xformOp指定了物件在场景中的位置)
MeasuringSpoon_2
…
打开 references 指向的 ./assets/MeasuringSpoon/MeasuringSpoon.usd
发现文件引用链是 MeasuringSpoon.usd >> MeasuringSpoon_payload.usd >> MeasuringSpoon.geom.usd
最终指向一个二进制文件用于构建我们的勺子的Mesh
示例二 - Parkinglots
4. 重要名词
Assembly
是一种特殊的模型（Model），它是群组模型，是由其它模型组成的有意义的集合。它包含的模型都是已发布的资产。Asset
Asset本来就是内容生产管线中的常见的名次，在USD中，Asset可以由一个字符串标识。为了更好地支持资产相关的操作，USD定义一种基本类型就叫 asset，对应C++中的SdfAssetPath类。在 .usda 文件中，用 @ 开头的字符来表示 asset 的值。AssetInfo
用来描述Asset的结构，包含四个核心字段，分别是 identifier（asset类型，指向一个具体的asset）、name（string类型，asset名称）、payloadAssetDependencies（asset[]类型，用于动态资产依赖分析）、version （string类型，标识asset版本）。Attribute
Property分为Attribute和RelationShip。Attribute是USD中的基本性质，它可以采用的基本类型参见
https://graphics.pixar.com/usd/release/api/_usd__page__datatypes.htmlClass
Class是Prim的一种。可以通过 UsdPrim::IsAbstract 来判断其是否为抽象。Component
Component是位于叶子节点的Model。它可以包含Subcomponents，但是不能再包含其它Model。Composition
Composition是集成多个Layers的过程。它发生在第一次打开UsdStage、加载或卸载Prims，以及Stage中的Layer被编辑时。Group
Group是一种Model。它是多个Model的集合。通常来说，Group是被集成在Assembly中的。Layer
Layer是Prim的容器。一般而言，Layer对应物理文件上的一个.usd文件。LayerStack
Prim
USD中的基本容器对象。一个Prim可以包含其它Prim，Prim也可以包含Properties（属性），Prim一般都会拥有Specifier（说明符）来指示它在场景中扮演的角色。相关API参见UsdPrim。Property
包括 Attribute 和 Relationship 两种。Relatinship
是Property的一种，是指向多个命名空间的指针。在.usd文件中的关键字是rel。Specifier
标识符，类似与C++中的class或struct，在.usd文件中用来定义一个Prim。具体的Specifier可以是 “def”、“over” 或 “class”。Subcomponent
表示Component内部的某个可能比较重要的Prim。和Component不同，它并不是一种Model。SubLayers
SubLayers是一种组织结构，它是包含多个.usd文件的数组。subLayers中每个.usd文件仍可以继续嵌套更多的subLayers。
三、USD简易教程
创建第一个USD场景
打开 USD/extras/usd/tutorials/helloWorld/helloWorld.py，此Python脚本用于创建并导出一个简单场景，里面包含了一个变换和一个球体。打开python文件后可以看到：
from pxr import Usd, UsdGeom
stage = Usd.Stage.CreateNew('HelloWorld.usda')
xformPrim = UsdGeom.Xform.Define(stage, '/hello')
spherePrim = UsdGeom.Sphere.Define(stage, '/hello/world')
stage.GetRootLayer().Save()
执行Python脚本，执行后会生成 .usda 文件
$ python extras/usd/tutorials/helloWorld/helloWorld.py
用 UsdView 打开 HelloWorld.usda
$ usdview HelloWorld.usda
.usda 文件可以用 usdcat 打开，也可以用 usdedit 进行编辑。
打开后会看到结构性的文字描述，例如：
#usda 1.0
def Xform "hello"
{def Sphere "world"{}
}
四、USD在UE中的应用
为了避免赘述，这里只放上UE4关于USD的官方文档链接：
https://docs.unrealengine.com/4.26/zh-CN/WorkingWithContent/USDinUE4/
五、USD相关资源
- USD文件体系 Pixar官方介绍PDF Siggraph 2019 USD Introduction and Overview
- USD官网 https://graphics.pixar.com/usd/release/index.html
- USD官网 - 教程 https://graphics.pixar.com/usd/release/tut_usd_tutorials.html
- USD官网 - API文档 https://graphics.pixar.com/usd/release/api/index.html
- USD官网 - USD工具集 https://graphics.pixar.com/usd/release/toolset.html
- USD官网 - FAQ https://graphics.pixar.com/usd/release/usdfaq.html#
- Github源代码 https://github.com/PixarAnimationStudios/USD
- NVIDIA Omniverse™（基于USD，可扩展的多 GPU 实时开发平台，用于3D仿真设计）https://developer.nvidia.cn/zh-cn/nvidia-omniverse-platform
- UE4中的USD插件 https://docs.unrealengine.com/4.26/zh-CN/WorkingWithContent/USDinUE4/
技术探究 通用场景描述（Universial Scene Description, USD）相关推荐
- 机器人开发--Universal Scene Description（USD）
机器人开发--Universal Scene Description(USD) 1 介绍 1.1 概述 1.2 标准使用的文件格式 2 支持平台 3 元宇宙标准 参考 1 介绍 1.1 概述 通用场景 ...
- 计算机视觉：场景识别（Scene Recognition）
计算机视觉:场景识别(Scene Recognition) 场景识别 图像分类 特征提取 词袋模型 集成学习分类器 算法设计 结果分析 总结与展望 总结 展望 完整程序请移步至此链接下载 场景识别 在 ...
- AI5天训练-视觉生产技术探究和应用
视觉生产技术探究和应用 概念理解 定义 通过一个或一系列视觉过程,产出新的视觉表达,是人或机器能够感知的图像视频,而不是标签或特征. 分类 生成:从0到1 拓展:从1到N 摘要:从N到1 升维:从An ...
- 详解5G：关键能力、关键技术、应用场景、网络架构、经济影响
详解5G:关键能力.关键技术.应用场景.网络架构.经济影响 未来,5G将渗透到未来社会的各个领域,以用户为中心构建全方位的信息生态系统. 5G,第五代移动电话行动通信标准,也称第五代移动通信技术,也是 ...
- 大数据平台架构技术选型与场景运用
内容来源:2017年5月6日,大眼科技CTO张逸在"魅族技术开放日第八期--数据洞察"进行<大数据平台架构技术选型与场景运用>演讲分享.视频地址:https://mp. ...
- 阿里妈妈技术：多场景下的星型CTR预估模型STAR
阿里妈妈技术:多场景下的星型CTR预估模型STAR 1.背景 问题定义 2.建模方案(STAR) 2.1.STAR Topology Fully-Connected Network 2.2.Parti ...
- 回环检测算法综述之场景描述
在视觉SLAM问题中,位姿的估计往往是一个递推的过程,即由上一帧位姿解算当前帧位姿,因此其中的误差便这样一帧一帧的传递下去,也就是我们所说的累积误差.一个消除误差有效的办法是进行回环检测.回环检测判断 ...
- 从技术全景到场景实战，透析「窄带高清」的演进突破
随着5G时代的到来,互联网短视频.电影电视剧.电商直播.游戏直播.视频会议等音视频业务呈井喷式发展. 作为通用云端转码平台,阿里云视频云的窄带高清需要处理海量.不同质量的视频.对于中高质量的视频,现有 ...
- 通用场景语音合成数据集推荐
语音合成,通常又称文语转换(Text To Speech,TTS),是一种可以将任意输入文本转换成相应语音的技术,是人机语音交互中不可或缺的模块之一. 传统语音合成 传统的语音合成系统通常包含前端和后 ...
最新文章
- 代码重构之三种取代类型码(类、子类、状态对象或策略对象)的方式辨析
- 全球及中国再生橡胶产业发展动态及十四五运营状况分析报告2021版
- 视频翻录_将DVD解密并复制到硬盘驱动器而无需翻录
- leetcode222. 完全二叉树的节点个数(两种做法)
- 新西兰计算机专业研究生一年,【新西兰计算机专业研究生】 - 教外新西兰留学网...
- 三星Note10 Pro电池曝光：容量高达4500mAh
- but was actually of type [com.sun.proxy.$Proxy13]
- (二)文档请求不同源之window.postMessage跨域
- Windows Server 2008下IIS 7配置ASP+ACCESS环境
- 短信api接口免费试用
- 线性时间选择算法-《数据结构》（结合例题讲解）
- EPSG是什么？WKT是什么？SRID是什么？EPSG、WKT、SRID概念
- 用药安全，从娃娃抓起
- 管家婆财贸双全使用说明（五）数据备份和恢复
- PI控制器从连续域到z域到差分方程
- windows script host 无法找到脚本文件 estm.vbs
- 基于智能矿山电力监控系统的设计与应用方法
- html5视频video不全屏播放
- 我被39岁阿姨包全天讲代码
- 智子社区顾问白硕：区块链宜从金融“主战场”周边做起