為程式碼而寫的程式碼:USD 讓模擬畫面遵守物理定律

為程式碼而寫的程式碼:USD 讓模擬畫面遵守物理定律

 AppleNVIDIA 及皮克斯動畫工作室的合作下,為通用場景描述加入一個擴充項目,以便模擬物件的行為,讓它們表現出與真實環境中一樣的動作

Metaverse 裡的物件越來越具真實感了。從今天開始,開發人員可以透過標準方式建立及分享逼真的模擬內容。蘋果 (Apple)、NVIDIA 與皮克斯動畫工作室 (Pixar Animation Studios) 已經訂定出一種通用方法,以便在虛擬 3D 環境的通用語言通用場景描述 (USD) 中,用精準符合物理定律的方式表達模型。

Pixar 在 2016 年的 SIGGRAPH 大會上發布 USD 並描述其內容。當初設計的目的是讓藝術家們可以攜手合作,用他們選擇的工具創造電影中的虛擬人物和環境。時光飛逝,如今 USD 已廣泛應用在動畫和特效裡,其他專業領域也紛紛開始採用 USD,像是建築師可以透過他們手中的工具為他們帶來許多益處,並設計與測試從摩天大樓到跑車、智慧城市的所有內容。

在大螢幕上播放

為了滿足規模不斷擴大的社群,USD 需要朝著多個方向延伸。好消息是皮克斯所設計的 USD 具備開放性和靈活性,因此剛好藉由 NVIDIA SIGGRAPH 2021 大會的主題演講,向外界介紹 USD 的最新擴充項目。

以技術上的術語來說,這是剛體物理學 (rigid-body physics) 的新模式,也就是用數學的方式來描述固體在實體環境裡的行為特性。像是模擬彈珠從斜坡上滾下來,你想要它們在相互碰撞時,出現你所預期的反應,開發人員需要得知彈珠的重量和坡道的平滑度等物理細節,才能做到這一點,而這就是新的擴充項目所能提供的。

USD 不斷進步

大概在 1993 年推出的第一版 HTML 1.0 標準,訂定了在網頁中要怎麼使用文字和圖形。十五年後,HTML5 將定義擴大到納入影片,使任何用戶皆能透過任何裝置觀看影片及電影。

Apple 與 NVIDIA 各自都在研究怎麼在模擬畫面中描述符合物理定律的動作。同為 SIGGRAPH 社群的一員,我們又與皮克斯共同訂定了一個方法,作為 USD 新的擴充項目。

本著靈活運用的精神,開發人員可以使用這個擴充項目,選擇任何自己喜歡的解算器 (solver),因為他們都可以從同一組 USD 資料中驅動。如此一來便提供了一組統一的資料,可以為電影、遊戲和擴增實境進行離線模擬。

這一點很重要,用於遊戲等即時應用場景的解算器,視速度高於精準度,而舉例來說,建築師們則是希望使用視精準度高於速度的解算器。

讓所有人受益的進展

這三家公司共同撰寫了一份白皮書,文中描述三方的聯合提案內容,並分享給 USD 社群後獲得熱烈迴響。這個擴充項目現在已經納入標準 USD 發行版本,所有開發人員均可免費取得。

受惠公司的名單長度如同一部史詩電影裡的演員名單一樣。這份名單包括建築師、建案主管、產品設計師和製造商、遊戲設計公司,甚至是優化下一代網路佈局的行動網路設備供應商。當然,還有所有提供數位工具來完成這些工作的供應商。

皮克斯技術長 Steve May 表示:「USD 是我們這項產業的中堅力量,它使得我們可以在各種工作流程中,以強大一致的方式呈現複雜的 3D 場景資料。我們與 NVIDIA 及 Apple 合作,發展出一個全新的物理擴充項目,提高 USD 呈現物件的能力,這將對娛樂及其它產業產生重大影響。」

共同打造一個 Metaverse

我們想要透過被視為創作者的作業系統,或者被稱作「3D 繪圖的 Google Docs」的 NVIDIA Omniverse 協作環境,提供服務給這一大群人。

我們想要讓任何企業都能使用自己選擇的工具,輕鬆地建立畫面逼真的模擬內容。現有數十個單位正在評估 Omniverse Enterprise,而自 2020 年 12 月釋出以來,已有近四百間企業及數萬名個人創作者下載 Omniverse 公測版 (open beta),大家都是懷抱著同一個目標。

我們設想了一個由相互連接之虛擬世界所構成的 metaverse,日後某一天任何人都可以在這裡分享他們嘔心瀝血的成果。必須投注無比心力來將這個虛擬世界化為現實。USD 將朝著許多方面進行擴充,以滿足社群的各種需求。

線上邀請

敬請觀看由來自 Pixar、BMW Group、Bentley Systems、Adobe 及 Foster + Partners 等九家公司的 3D 專家,在 GTC 大會所舉行的小組討論活動,當中談到了未來的機遇和挑戰,將能一窺日後可能的發展方向。

我們非常榮幸能與 Apple 及皮克斯的工程師和設計師,聯手完成最新的 USD 擴充項目。我們已經在規畫後續的軟體物理學 (soft-body physics) 及更多內容。

我們可以一同建立一個 metaverse,讓當中的人們可以使用各項工具來執行不同工作。如欲取得更多詳細資訊,請觀看 NVIDIA 的 Adam Moravanszky 針對 USD 物理擴充項目的演講內容,以及參加由皮克斯主辦的 USD 志趣相投 (BoF) 會議

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