Universal Scene Description

Universal Scene Description
拡張子.usd、.usda、.usdc、.usdz
開発者ピクサー
種別3Dファイル形式
Universal Scene Description
開発元 ピクサー
最新版
19.11 / 2019年10月26日 (5年前) (2019-10-26)
リポジトリ github.com/PixarAnimationStudios/USD/
サポート状況 Active
種別 3Dライブラリ
ライセンス Modified Apache 2.0 License
公式サイト graphics.pixar.com/usd/docs/index.html
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Universal Scene Description (USD、ユニバーサル・シーン・デスクリプション、万能シーン記述) は、ピクサーの開発した3Dシーングラフ形式及びその形式を扱うプログラム群である。

USD形式

USD形式はモダンなシーングラフ形式であり、アセットの異形 (バリアント) [1]やアセットの外部参照、アセットのオーバーライドなどに対応している。USD形式にはテキスト形式 (usda) 、バイナリ形式 (usdc)、アーカイブ形式 (usdz)が存在する。

USDファイルの中に含めることのできる情報はスキーマによって定義されており、拡張可能となっている。

主なスキーマ

  • ジオメトリ (UsdGeom)
  • ライト (UsdLux)
  • シェーディング / マテリアル (UsdShade)
  • スケルトン / ブレンドシェイプ (UsdSkel) - 簡易的であり群集シミュレーション及びゲーム向けとなっている[2][3]
  • UI (UsdUI)

USDライブラリ

USDライブラリ群はUSD形式を取り扱うためのライブラリであるが、シーングラフのリアルタイム及びオフラインレンダリングに対応するHydraも含まれている。USDライブラリでHydraを使用するアプリケーションは、Hydraレンダーデリゲートに対応する多数のレンダーバックエンドを使用することができる。

レンダーバックエンド

以下はHydraレンダーデリゲートに対応するレンダーバックエンドである。

  • 公式
    • HdStream (Stream) - USDに含まれているOpenGLバックエンド[4]。Hydraから分離された[4]。
    • HdEmbree - USDに含まれているレイトレーシングレンダープラグインであり、IntelのEmbreeライブラリを元にしている。
    • HdPrman (RenderMan Hydra Delegate) - RenderManを使用するためのバックエンド。USD 19.07以降に含まれている[5][6]。
  • ハードウェア会社製
    • Radeon ProRender for USD - オープンソースの物理ベースレンダラーであるRadeon ProRenderを使用するためのプラグイン[7]。
    • HdOSPRay - オープンソースのCPUレンダラーであるOSPRayを使用するためのプラグイン[8]。
    • RTX Renderer - NVIDIA Omniverseに含まれているレンダラー[9]。
  • USD採用アプリケーション搭載
    • Karma - Houdini 18以降のSolarisに含まれているCPUレンダラー[10]。Mantraの代替[10]。
    • Houdini GL - Houdini 18以降のSolarisに含まれているOpenGLバックエンド。
  • サードパーティー
    • HydraNSI (hdNSI) - NSIインターフェースに対応するレンダラーを使用するためのプラグイン。オープンソース[2]。NSIインターフェース対応のものには、物理ベースレンダラーの3DelightNSIが存在し、HoudiniのSolarisに向けた3Delight for Solarisも用意されている (3Delight for Houdiniに付属[11])。3DelightNSIは無料版も存在する。
    • Arnold USD[12][注 1] - Arnoldレンダラーを使用するためのコンポーネント集。オープンソース[3]。
    • OctaneRender Hydra / Octane X Hydra - HoudiniのSolaris向けのベータ版が公開されている[13]。
    • Redshift Solaris Hydra plugin - HoudiniのSolaris向けのプレビュー版が公開されている[14]。
    • hdRstr - リアルタイムの直接照明および単反射回数の間接照明レンダラー[15]。NVIDIA RTXDIに基づいており、ReSTIRアルゴリズムを使用している[15]。
  • オープンソース
    • Cycles Hydra Render Delegate - Blender内蔵レンダラーのCyclesを使用するためのプラグインであり、Blender 3.2以降のコードベースに統合されている[16]。hdCycles（Tangent Animation製[17]）の後継。オープンソース。
    • MoonRay（英語版） - DreamWorksの元内製レンダラーであり、2023年にオープンソース化された[18]。
    • HdAurora - Autodesk主導のオープンソースリアルタイムパストレーシングレンダラー「Aurora」を使うためのプラグイン[19]。

歴史

USDはPixar独自のジオメトリキャッシュシステムである「TidScene」と、独自の3Dアニメーションツールである「Presto」(旧Marionette (Menv)[20]) のコア部分を統合するために開発された[21]。また、USDのレンダーエンジンであるHydraはPrestoに搭載されていた旧来のレンダーエンジンの後継として開発され[22][23]、GPUベースでRenderManのプリミティブに対応した[24]。

2016年、PixarはUSDをオープンソースとしてリリースした[25]。

用途

上位レベル3D APIとしての使用

USDライブラリはレンダリング機能を持つシーングラフAPIであるため、OpenSceneGraphなどのシーングラフAPIの代わりとして使用することができる。3DライティングソフトのKatanaはビューポートにおいて従来のOpenSceneGraphベースのものに代わりUSDライブラリのHydraベースのものを採用した[26]。

ファイル交換形式としての使用

USD形式は拡張可能であるため、レンダラー固有のマテリアルパラメータのような従来のファイル交換形式 (FBX形式等) では受け渡せない情報を詰め込むことが可能となる。例えば3DレンダラーのArnoldに対応するものとしてArnold USDが存在する。

また、AL_USDMayaでは複雑なリグなどの情報をUSDに詰め込むことも行われている[27]。

シーンキャッシュとしての使用

USD形式はシーンキャッシュ形式であるAlembic形式の代わりとして注目されている。USD形式へと対応した3DCGソフトウェアClarisseの開発元Isotropixのテストによれば、USD形式の読み込みはAlembic形式の読み込みに比べて50倍高速になるケースもあるとされる[28]。

レンダリング中間形式としての使用

USD形式はレンダリング中間形式であるRIB形式 (RenderMan Interface Bytestream)の代わりとしても注目されている。今後3DレンダラーのRenderManは中間インターフェースにおいてRIB形式の代わりにUSDベースの新インターフェースであるRILEYを用いる予定となっている[29]。

製作パイプラインでの使用

オーサリング形式としての使用

USDをZIP圧縮したものとしてUSDZ形式が存在し、この形式がARなどに使われている。

USDZ形式へのパッキング/変換ツールには以下がある：

  • USDに付属するusdzip[30]
  • usdz Tools (Apple)[31] - コマンド名はusdzconvert。Xcodeに付属するusdz_converter (非推奨) の後継[32]。
  • Reality Converter (Apple)[33]
  • Adobe Aero - ARアプリ。usdz形式での出力にも対応している[34]。
  • StemCell (TurboSquid) - 様々なDCC形式に対応するオンラインファイルコンバータであり、usdz形式での出力にも対応している[35]。
  • Quixel Bridge[33] (Epic Games)
  • USDZ Converter (ViewAR) - オンラインコンバーター[33]
  • Vectary - オンラインの3Dデザインツール[33]

USDZ形式の表示には以下が対応している：

  • ARKit 2以降 (Apple) - iOS向けの拡張現実(AR) SDKであり、AR Quick Look機能がusdz形式に対応している。

対応ソフトウェア・プラグイン

以下はUSDに対応するソフトウェア及びプラグインである。

USD及びHydraビューポート搭載ソフトウェア

  • USDView - USDに含まれている単体USD形式ビューワ。
  • Katana 3.0以降 (Foundry) - ライティングソフトウェア。3.0以降でUSDを使用するようになり、Hydraベースのビューポートが追加された[36]。また、オープンソースのKatana USD Plug-insも搭載しているが標準で無効となっている[注 2][37][38]。
  • Houdini 18以降 (SideFX) - USDベースのライティング/ルックデブツールであるSolarisが搭載されている[10][注 3][39]。
  • Maya 2022以降[40] (Autodesk) - 2020.2以降、MtoA (Arnold for Maya) プラグイン経由でのUSDエクスポートに対応しており[41][42]、2022以降、Maya USD拡張[注 4][27][43][44]の搭載によるUSD形式のインポート/エクスポートやHydraビューポートに対応している[40]。
  • Nuke 13.0以降 (Foundry) - デジタル合成ソフトウェア。12.2以降ReadGeoノードでインポートに対応[45]し、13.0以降Hydraビューポートに対応した[46]。
  • USD Shell Extension (Activision) - Windows ExplorerでUSDファイルをプレビュー表示できるようにするためのシェル拡張[47]。
  • Blender 4.0以降 - 2.82でUSDエクスポートに[48]、3.0でUSDインポートに、4.0でHydraビューポートに対応[49][注 5]。

USD形式のインポート及びエクスポートのみ可能なソフトウェア

  • 3ds Max 2021.1以降 - MAXtoA (Arnold for 3dsMax) プラグイン経由でUSDエクスポートに対応している[50]。また、インポートとエクスポートに対応するUSD for 3ds Maxプラグインも用意されている[51]。
  • Cinema 4D R23以降 - インポートとエクスポートの両方に対応[52]。またUSDZ形式のエクスポートにも対応[52]。
  • Modo 14.1以降 - 14.1でインポートに[53]、14.2でエクスポートに対応[54]。
  • Unity 2019.1以降[注 6] - パッケージマネージャーからインストール可能[55]。インポートだけでなくエクスポートにも対応している[55]。
  • Unreal Engine 4.16以降[56] (Epic Games) - USDインポータ/エクスポータが内蔵されている[57]。4.24以降はライブ編集に対応するUSD Stageも搭載された[58]。
  • Gaffer - オープンソースのライティングソフトウェア。シーンリーダー及びシーンライターがUSDに対応している[59][60]。
  • Clarisse 4.0以降 (Isotropix) - ライティングソフトウェア。4.0でUSDインポートに[28]、5.0でUSDエクスポートに標準対応した[61]。開発終了[62]。
  • KeyShot 10.0以降 - 10.0でエクスポートに[63]、10.1でインポートに対応[64]。
  • CityEngine 2020.0以降 - 2020.0でエクスポートに、2020.1でインポートに対応[65]。
  • ZBrush 2021.6以降 - インポートとエクスポートの両方に対応[66]

USD形式のインポートのみ可能なソフトウェア

  • Mari 4.6v4以降 - Mari USD CAPI pluginは元々Pixarの開発したプラグインであったが、その後Foundryが開発を管理するようになった[67]。インポートに対応している[67]。エクスポートは開発中[67]。


採用例

以下の映画の製作に使われている：

また以下のゲームの製作にも使われている：

注釈

  1. ^ Luma Pictures製のUSD-Arnoldプラグイン及びRodeo FX製のOpenWalterプラグインの後継
  2. ^ Katana USD Plug-insは元々USDの公式プラグインであったが、その後Foundryが開発を管理するようになっている
  3. ^ USDの公式プラグインも存在したが、プラグインはUSD 20.05で削除された
  4. ^ Maya USD拡張（USD for Maya）はオープンソースとなっている。USDに付属していたMayaプラグイン (19.11で非推奨となり、20.02で削除された) とAnimal Logic管理のオープンソースプラグインであったAL_USDMayaの後継に当たる。
  5. ^ 4.0より前はAMD製のBlender USD Hydra Addonが必要であった。
  6. ^ 以前はUnity Technologies Japan製のUSD For Unityプラグイン[1]も存在した。

出典

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  2. ^ Computer Graphics World - Edition 2 2020 p.28 CGW Magazine 2020年
  3. ^ UsdSkel Introduction Pixar
  4. ^ a b Computer Graphics World - Edition 2 2020 p.25 CGW Magazine 2020年
  5. ^ Pixar Animation Studios Releases RenderMan 22.5 Pixar 2019年5月8日
  6. ^ USD - Change Log Pixar
  7. ^ Radeon ProRender updated for 3ds Max, Maya and Blender CG Channel 2018年11月17日
  8. ^ Intel unveils HdOSPRay and OpenVKL CG Channel 2019年6月4日
  9. ^ NVIDIA Omniverse NVIDIA
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  11. ^ Changelog - 3DELIGHT DNA Research
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  13. ^ NEW: Octane Hydra | Solaris plug-in beta Otoy 2020年7月22日
  14. ^ RedshiftのHoudini 18.0 / Solaris Hydraプラグインプレビュービルドに関して ボーンデジタル 2019年12月24日
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外部リンク

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