文章概览：
- USD为何不仅仅是另一种文件格式
- 使用USD的利弊
- 查看、创建和编辑USD文件的工具
- USD文件示例
什么是USD文件？
USD（Universal Scene Description）文件是一种3D资产格式，远不止于此。USD为艺术家提供了一个创建3D资产的框架。艺术家、导演及其他人员可以在USD中排列、动画化、照明和编辑3D对象，以合作创建完整的3D场景和世界。
正如“通用场景描述”所暗示的那样，USD是一种组装和指导动画场景的方式。创作者可以使用3D对象并在一个中心数据集中应用属性、层级和观点。USD包含几何、照明、着色和物理等模式，使3D工具能够相互“交流”。USD是首个开源公共软件，用于以多种格式编译和处理3D资产。
USD文件通常可重用，以提高效率和扩展性。例如，艺术家可以从定义好的对象如汽车开始。他们可能改变其形状或颜色，增强它，或将它分成轮子和前灯等单独部分，以便在场景中给予更多灵活性。这种方法使得复杂的3D场景能够在不每次都需要重新创建的情况下形成。单个USD对象是一个“prim”（或原始对象），意味着它是项目中可定义和定制的最小有用单元。创作者和导演利用这些prim在全场景的上下文中发挥作用。
除了.usd扩展名的USD文件外，还有.usdz、.usda和.usdc。当有人提到USD文件时，他们通常指的是.usd或.usdz。后两种扩展名较为少见。下文将在“USD文件格式”部分详细说明这四种文件格式以及其他USD支持的格式。
关键要点：
- USD是3D文件格式和协作平台，用于存储和共享场景信息。
- 3D创作者在创作动画丰富的电影和游戏时使用USD，而3D正被应用于其他领域——如帮助构建元宇宙。
- USD的未来取决于行业如何在竞争格式之间标准化。
- 复杂项目无论文件格式如何，都需要高效的3D内容管道，而USD提供了这一功能。
USD何以与众不同
USD与其他3D文件的不同之处在于它能无缝存储和处理其他格式。全球的艺术家以USD或其他格式创建文件，然后在USD中协作编辑、增强和创建复杂的场景和模型。由皮克斯开发的USD现已成为开源，便于更广泛地使用。
创作者可以同时在相同的场景或项目中使用USD工作，处理各自的部分并立即看到结果。例如，动画、效果、布局和照明等部门可以在USD中协同工作，发挥最佳效能。此外，USD API允许与不同3D应用程序之间的顺畅交换。
皮克斯开发USD是为了应对超详细动画电影中使用的笨重内容管道和工作流程问题，其中包括1995年的《玩具总动员》，这是第一部完全采用计算机生成图像(CGI)制作的电影。电影创作者使用USD编码数据，以便在数字创作应用间交换和增强。USD，也称为Pixar USD，仍然是公司专有Presto平台的核心。2016年，皮克斯将USD作为开源项目发布，使其可用于其他软件程序。
当苹果采用USDZ文件（USD的压缩版本）作为iOS应用程序的主要格式时，USD得到了重大推动。其他支持USD的程序包括Nvidia、Maya、3DS Max和虚幻引擎。你可以使用.glTF、.mb（Maya）、.max（3DS Max）和.uasset（虚幻引擎）等文件类型在USD中高效工作。
为何应使用USD文件格式？
你会在需要极其生动细节和真实感的3D视觉或效果时使用USD文件格式。对于许多艺术家可以独立和协作工作的大型项目，USD尤为有益。同时，它将3D文件格式整合到单一数据集中，提供了更高效的内容管道。
Alan Smithson，MetaVRse的CEO及联合创始人
MetaVRse的3D创建平台的CEO及联合创始人Alan Smithson解释道：“通用场景描述USD(Z)是由皮克斯创建，Nvidia和苹果力推的下一代标准3D格式。与被大多数3D和XR世界采用的glTF不同，USD目前仅被少数但非常关键的玩家使用，包括Epic Games的全力支持。USD允许完整场景组合被存储和共享，而glTF则专注于个体3D资产。两者都支持复杂几何、高级纹理、透明度以及刚体或蒙皮动画。”
选择3D文件格式和程序取决于特定公司、项目和使用案例。越来越多的人了解到为何可能会使用USD，但更常见的是，他们正在使用glTF文件、FBX文件、OBJ文件、GLB文件、STEP文件等。这些格式在某些情况下相互竞争，但也可能是互补的。查看我们的3D文件格式概述，了解哪些可能适合你的项目。
USD文件如何使用？
USD文件有多种用途。例如，艺术家在USD中创建和存储3D对象，用于构建复杂、详细的3D场景和模型。3D专业人士使用USD文件和USD框架来创建或从各种格式转移对象、构建场景并协作完成最终产品。
以下是USD的一些使用方式：
- USD的主要用途之一是创建、访问、修改和存储3D对象、模型、动画、材质、照明及3D场景和项目所需的其他信息。
- USD是跨软件程序传输3D资产和数据的好方法，同时保持标准化的USD数据。
- 导演和艺术家可以使用USD独立处理复杂项目的不同部分或实时协作。
- 动画、效果（FX）、布局和照明等功能部门使用USD进行项目工作。
- 你可以根据对象在整体场景或项目中的外观调整部件。例如，照明层可能导致你的对象设计改进。
- USD提供了对不同部件的选择，并允许人们分享这些选择的层次“观点”。
- USD有助于简化和开发大规模项目，如电影和游戏。
- USD可应用于其他领域，如3D电子商务、元宇宙营销。
- USD为构建可无缝交互的元宇宙世界提供了一种共同语言。
谁在使用USD文件？
USD的主要用户群体包括动画电影和视觉效果的创作者。游戏开发者和元宇宙开发者正日益采纳USD，尽管它尚未成为普遍接受的标准格式。此外，开始使用USD的其他行业还包括建筑师、机器人技术开发者和制造设计师。
USD文件的使用者包括：
- 电影和视觉效果艺术家：全球范围内的创作者和开发者利用USD制作主要电影和视觉效果。来自多个设计室的多团队艺术家合作制作当今令人惊叹的动画电影，如皮克斯的《玩具总动员4》和《光年》。
- 游戏开发者：Epic Games已采纳USD作为其核心工具之一，其他游戏公司也可能跟进。
- 元宇宙开发者：开发者正在构建3D世界，让人们能够体验并参与到娱乐、游戏、电子商务、市场营销等众多领域中。
- 建筑师：建筑CAD程序支持USD文件。
- 机器人技术开发者：在机器人技术领域，开发者使用USD来模拟自主机器人、车辆和无人机在不同环境（从制造工厂到繁忙道路再到天空）中的运作。
- 制造设计师：Autodesk Inventor使用USD来存储制造设计。
- 产品设计师：他们利用USD工具虚拟设计和测试产品。
- “数字孪生”开发者：这些开发者使用USD来构建物理环境和事件的数字孪生或虚拟复制品。零售商、制造商和其他企业利用数字孪生来模拟和测试解决方案与改进。宝马、洛克希德·马丁和西门子能源等公司已经在创建数字孪生。
- 3D电商：开发者可以使用USD构建虚拟产品和体验，让顾客更好地了解商品如何融入他们的生活。
USD支持的文件格式
USD支持四种核心格式：
- .usd – 主要格式，既是纯文本文件也是二进制文件。
- .usdz – 扩展名中的“Z”代表压缩过的USD文件，便于分发和转换。
- .usda – 纯文本文件。
- .usdc – 二进制文件。
此外，根据使用的软件程序，以下文件格式也能与USD或USDZ良好配合：
- .mb – Maya平台文件格式的扩展名。
- .max – 3ds Max的格式。
- .uasset – 虚幻引擎的文件格式扩展名。
- .glTF – 游戏行业中常用的格式。
USD的典型工作流程
USD的工作流程依据项目的复杂度、目标和使用的软件而定。在大型电影项目中，许多艺术家会创建“prim”（即3D对象）。动画、特效、布局和照明部门合作创建场景。每一步，创作者都会进行编辑、产生选项，并通过“观点”投票。导演决定最终采用哪个方案。
以皮克斯的USD工作流程为例，传统上是线性的，但现在不同了。借助USD，创作者无需等待所有组件就绪即可进入场景工作。艺术家可以独立且协作地工作，使用层级和观点。这节省了时间和成本，帮助他们按时按预算完成项目。创作者还可以利用“早期预览”功能，帮助他们预见场景的所有可能性，从而导向更好的最终产品。
USD的预生产和生产步骤
预生产步骤：
- 创意构思
- 故事发展
- 编写剧本和故事板
- 艺术设计，包括角色、场景、道具设计
- 建模与着色
生产步骤：
- 布局
- 动画
- 模拟
- 特效
- 照明
- 日常审片（又称dailies或rushes）
- 最终渲染
使用USD的优缺点
USD的优缺点取决于具体的使用案例、策略和目标。优点包括创建具有密集细节的3D文件和完整场景、交换不同3D格式文件及管理协作管道。缺点则涉及其复杂性、大文件尺寸以及与旧格式的不兼容性。
USD格式的优点：
- 能够创建既包括3D文件又包括整个场景的精细细节。
- 支持不同3D格式文件的存储与交换，以及USD支持的软件程序。
- 在大型项目中，即使实时协作，也能让使用不同文件格式的团队艺术家们协同工作。
- 更好地管理大型项目（如电影、游戏或元宇宙体验）的工作流程。
- 可访问或重建可重用的3D对象以扩大项目规模或倡议。
- 支持非破坏性编辑，确保编辑过程中工作不会丢失。
- “观点”功能让用户对不同选项进行投票，营造协作工作空间。
- 可直接在USD或其它3D文件格式中编辑或增强文件对象。
- 附带静态和动态数据以定义场景。
- 满足现代消费者对真实感和动态效果的高期望。
USD格式的缺点：
- 尽管USD专为复杂项目（如CGI电影和游戏）定制，但对于使用其他不兼容文件类型的较小3D项目来说，可能过于复杂和繁琐。
- 许多3D创作者更熟悉使用其它格式，如glTF，尽管USD的使用正在增长。
- 它不向后兼容较旧的文件格式，如OBJ和FDX。OBJ是大多数基础3D建模的默认格式，虽然比USD和USDZ更基础、细节更少，但对于许多一次性3D项目来说可能更为适用。
- 如果使用Apple版本的USDZ，需要注意并非所有原生USD功能都可用。
- 文件和场景可能变得庞大，加载和操作速度变慢，尽管USD通过懒加载机制缓解了这一问题。
- USD不支持Draco几何压缩，而glTF则支持。
USD文件的优缺点，以及查看和编辑USD文件的工具概述如下：
USD文件的优点：
- 互操作性与兼容性：USD支持多种3D格式和软件之间的文件交换，便于跨平台工作。
- 详尽的场景描述：能够创建包含丰富细节的3D场景和对象，适合复杂的动画和视觉效果。
- 高效协作：支持非破坏性编辑和“观点”系统，促进团队协作，特别是在大规模项目中。
- 模块化和层次结构：通过层次结构和引用系统，便于管理复杂场景和资产复用。
- 未来导向：随着元宇宙和3D互联网的发展，USD因其高级特性而成为关键格式。
USD文件的缺点：
- 学习曲线：相对于一些更简单的3D格式，USD较为复杂，需要时间学习。
- 文件大小：高度详细的场景可能导致文件体积庞大，影响处理速度。
- 硬件要求：处理大型USD项目可能需要高性能的硬件配置。
- 兼容性限制：与某些旧格式不兼容，如OBJ，可能需要额外的转换工作。
- 标准化进展：虽然在某些领域广泛采用，但尚未成为全行业的统一标准。
查看USD文件的工具：
- Pixar的USDView：开源工具，用于加载、查看和检查USD文件和场景。
- Nvidia Omniverse Launcher：内置USDView，用于探索和使用USD。
- Apple预览：Mac上的Preview应用可查看和导出USD/USDZ文件。
- USD Manager：轻量级开源平台，支持USD查看、编辑和管理。
- Activision Free USD Shell Extension：Windows扩展，允许在文件资源管理器中查看和检查USD文件。
- 3D USD Viewer：免费的网页应用，拖放USD文件即可在线渲染查看。
- Autodesk Maya：提供USD插件，支持Maya工作流程中的查看、创建和编辑。
- Autodesk 3ds Max：通过扩展支持USD格式。
- Unreal Engine：通过USD Stage和双向Python工作流支持USD。
- Houdini Solaris：原生支持USD查看和编辑。
- Foundry Katana：在其软件中支持USD，用于CG项目外观开发和照明。
- Blender USD Exporter：这个 3D 平台支持一些 USD 碎片，但还不支持图层、变体和骨骼动画。
创建和编辑USD文件的软件：
- 上述大部分查看工具同样支持创建和编辑USD，如Pixar的USD工具集、Nvidia Omniverse、Autodesk Maya、Unreal Engine、Houdini Solaris等。
- Blender USD Exporter：支持部分USD特性，但对层、变体和骨骼动画的支持有限。
USD数据类型：
USD支持多种数据类型，从基本的布尔值、浮点数到矩阵、四元数等，这些数据类型构成USD语言的基础，用于定义3D对象和场景的所有方面。
USD的未来：
USD的未来将受行业决策和标准化努力的影响。随着苹果、Nvidia等公司的采纳，USD的流行度增长，但它与glTF等格式并存。元宇宙标准论坛等组织正在推动开放、可访问的标准制定，旨在实现3D世界的通用互操作性。USD与glTF之间找到平衡点，可能是实现跨平台和跨应用无缝集成的关键。
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