图形和仿真 篇四：什么是USD（Universal Scene Description）

USD（Universal Scene Description）是一种用于3D场景和资产协作编辑的开放标准。它涵盖了许多方面，包括应用物理正确属性、材料描述、层次结构定义以及如何随着时间变化描述属性（用于3D模型的动画等）。此外，USD还包括了一种序列化文件格式，用于将这些信息保存到一个或多个文件中，以便在本地或通过网络与其他用户协作编辑和可视化3D场景。

USD的目标是解决不同建模软件（如Blender、3D Studio Max或Maya）和用于处理3D资产的程序之间的通信问题，特别是当它们来自不同的供应商时。这些程序通常被称为DCC工具，即“数字内容创作”工具。

如果一个3D内容创建程序（如Blender或Maya）具有USD连接器（通常是由NVIDIA等开发的插件或插件）可用，那么该程序就能够将其内容导出到USD文件。然后，另一个具有USD连接器的程序可以读取和导入该文件。此外，还有工具用于可视化、编辑和组合这些USD文件。

USD是非常详细、复杂和强大的3D表示格式，它具有以下关键特点：

1. 最初由Pixar开发，后来以Apache 2.0许可证开源，因此已经在大规模使用中得到验证。

2. 它通常被称为“3D图形的Photoshop”，因为它使用图层来组合场景的最终组件，并允许多人实时协作编辑3D场景。

3. USD是可扩展的，允许定义新的模式（schema），这些模式描述了如何在3D对象上应用属性，例如物理属性等。

4. Pixar还以相同的许可证开源了USD标准的参考实现，这是一个庞大的C++库，提供了Python绑定，使用户可以下载、编译、贡献代码等。

需要注意的是，USD库本身并不提供渲染器，但USD定义了一种复杂的渲染架构规范，称为Hydra，允许渲染器与USD场景集成。

USD在性能密集型应用程序中也表现出色，尤其是在Omniverse等大规模模拟应用程序中。在Omniverse等应用程序中，还会使用USDRT和其底层库Fabric，以实现大规模性能提升。

总之，USD是一个非常强大和灵活的3D标准，适用于各种3D应用程序，并且由于NVIDIA等公司的努力，它也适用于性能密集型应用。

以下是一个简单的Python示例，演示如何使用USD库创建一个包含立方体的USD场景并将其保存到USD文件中：

from pxr import Usd, UsdGeom

# 创建一个新的USD舞台

stage = Usd.Stage.CreateNew('helloWorld.usda')

# 定义一个新的立方体

cube = UsdGeom.Cube.Define(stage, '/HelloWorldCube')

# 设置立方体的大小

cube.GetExtentAttr().Set([(1.0, 1.0, 1.0)])

# 保存USD舞台到文件

stage.GetRootLayer().Save()

# 查看保存的USD文件的路径

print("USD文件已保存到:", stage.GetRootLayer().GetRealPath())

这段代码首先导入了USD库中的必要模块，然后创建了一个新的USD舞台。接下来，它定义了一个名为"HelloWorldCube"的立方体，并设置了其大小。最后，它将USD舞台保存到名为"helloWorld.usda"的USD文件中，并打印出保存文件的路径。

请确保您已经安装了USD库和相关的Python绑定，以便运行此示例。此外，您可以使用USD工具（如usdView）来可视化和渲染保存的USD场景。

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