NVIDIA:应将USD作为3D互联网的HTML标准语言

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我们知道,互联网具有高度开放性,正是这种开放性才推动了网络高速发展,积累了大量用户生成的内容生态。在2D互联网时代,W3C制定了HTML等开放式Web标准,那我们不禁好奇,未来如果互联网升级为3D形式,又会采用哪种开放式标准或协议呢?

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对于这个问题,NVIDIA似乎给出了坚定的答案,那就是USD。据了解,USD是皮克斯开发的一种易于扩展的开源3D场景说明和文件格式,可以看作是一种通用、开源的3D框架标准和格式。USD的主要作用是统一3D场景的格式,从而加速3D几何图形和着色的读取、写入、编辑、快速预览。最初,USD的主要应用于VFX特效行业,而现在该标准也开始应用于通用的3D场景中。

作为USD的推动者之一,NVIDIA基于USD框架建立了Omniverse平台,帮助用户快速创建可远程协作、建立虚拟仿真,并实时共享3D场景。对于NVIDIA来讲,全面支持USD标准对于未来长期战略具有重要意义,因为USD可能会成为未来元宇宙和3D互联网的基础和通用语言,就像是互联网时代的HTML。

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NVIDIA持续推动USD格式的标准化,并在今年8月的SIGGRAPH 2022期间,推出了多项优化,比如为主流3D软件开发USD插件、开源USD资源库和测试套件等等。目前,NVIDIA Omniverse已经提供了112个USD Connector插件,其目的是加速3D开发平台之间的可互操作性。而我们知道,可互操作性对于未来的元宇宙布局很关键,也是时常在行业间讨论的话题。

那么,为什么NVIDIA这么看好USD,USD对于其未来发展规划到底有哪些重要性?近期,NVIDIA在博客中详细介绍了USD的意义,以及这项技术在数字孪生等场景的应用前景。

为何推行USD标准

NVIDIA表示:互联网从根本上改变了世界,尤其是改变了我们消费和共享信息的方式。与此同时,企业级网络技术的质量也越来越高,从最初的文档形式逐渐演变为交互更丰富的动态媒体。值得注意的是,尽管我们生活在一个3D世界中,但我们使用的互联网却依然是二维的。

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从理论上来讲,互联网从2D向3D演变似乎是一种必然的趋势。但如何推进这种演变趋势呢?显然,这将需要科技公司逐步去构建一个3D形式的网络架构,但这可能会需要很长一段时间。

在NVIDIA看来,元宇宙可能就是某种形式的3D互联网,而短期来看,其打造3D互联网的突破点是Omniverse平台和USD标准,可为企业提供大规模3D数字孪生,以及3D协作等功能。而长期来看,随着3D空间和3D内容生态发展,它们之间将构建、连接成3D互联网,就像是2D网页组成了现在的互联网那样。与2D网页不同的是,未来3D空间体验将更加接近我们的日常生活,比如我们可以在虚拟世界中进行许多日常活动,比如学习、办公、社交、放松。

另外NVIDIA还指出,互联网成功与其开放性、通用性和互操作性有很大关系,因此未来元宇宙/3D互联网也将需要一种开放的标准或协议。

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目前,USD可以较好的满足元宇宙描述虚拟世界的需求,因为它具有开放、可扩展等优势,可用于对3D世界的描述、合成、模拟和协作。自2015年开源以来,USD已经广泛应用于各个行业,如媒体、娱乐、建筑、工程、设计、制造、零售、科学计算和机器人等等。

不只是文件格式

NVIDIA指出,USD意义不只是一种通用的3D文件格式,它还包括丰富的资源和技术,包含了几何结构、相机、灯光和材质等虚拟世界的基础元素,同时还支持属性继承、实例化和专门化等功能,允许3D元素之间建立联系。此外,USD还具有强大的扩展性,可扩展至大型数据集,用户还可以自定义数据模式、输出和输入格式、查找资源的方式。

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协作性方面,USD的Layers功能将允许设计师、开发者更好的参与到3D设计协作中。Layers与Photoshop图层有相似之处,可看做是组成3D模型的一个个可修改的元素层,这些元素可以是空房间框架、房间内饰、座椅布艺罩、家居布局和色彩等等。不同的用户可对3D场景的层进行修改和编辑,修改后的层和原始层均支持访问,允许使用者进行非破坏性协作。

因此,NVIDIA认为USD满足了开发通用3D场景的广泛需求,在未来USD甚至有望作为3D网络/元宇宙的“HTML”标准,也就是平台内容的声明性规范。但就目前来讲,USD标准还有待发展和完善。为了推动这一点,NVIDIA不断为USD生态添加新功能,除了刚推出的几项优化外,短期内和长期内也有进一步规划。

完善USD标准

一)USD新功能

  • 1,支持Phython 3;
  • 2,为PyPI添加usd-core;
  • 3,在USD生态中实现物理精确的MDL(材质定义语言)材料支持;
  • 4,与皮克斯和苹果合作开发刚体动力学仿真模型。

二)短期内开发功能

  • 1)glTF互操作性:推出glTF格式插件,允许USD场景直接引入glTF格式的3D模型,也就是说已经使用glTF标准的用户可直接使用USD的合成和协作功能,无需更改现有的3D内容;
  • 2)地理空间模式:支持地理空间坐标的WGS84标准,加速基于地理位置的高保真数字孪生模型开发;
  • 3)支持国际字符UTF-8:与皮克斯合作开发,支持UTF-8标识符的好处是,可实现世界各地内容完全交换;
  • 4)推出USD兼容性测试和认证套件:这是一个开源套件,可帮助使用者快速测试并认证程序对USD的兼容性。

三)长期开发功能

  • 1)支持高速动态场景更新:通过提升刷新率来提升3D实时模拟的效果;
  • 2)支持实时程序:NVIDIA推出了实时程序图形引擎OmniGraph(全向图),进一步实现USD标准所描述的属性和值;
  • 3)兼容浏览器:目前,USD基于C++和Python语言,为了进一步兼容浏览器,接下来将有望支持绑定了JavaScript的WebAssembly语言;
  • 4)实时传输物联网数据:NVIDIA正在为USD和物联网数据流协议建立连接,以更好的满足工业级3D虚拟仿真、数字孪生的需求。

总之,NVIDIA的目标是以USD标准构建虚拟世界。从长期来看,NVIDIA将致力于和其他伙伴合作,完善USB标准。目前,爱立信、Kroger、沃尔沃等企业已经在3D开发中采用USD标准。而为了进一步推动基于USD的内容生态,NVIDIA在Omniverse平台上为开发者提供了大量免费的USD资源,同时,也提供了USD相关知识的学习课程。参考:NVIDIA

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