作者：Dylan Sisson, F. Sebastian Grassia, George ElKoura
链接：https://renderman.pixar.com/stories/pixars-usd-pipeline
来源：PIXAR
《玩具总动员4》拥有超过1万亿个多边形的世界，是 PIXAR 迄今为止最复杂的电影。得益于持续的渲染创新和数据管理的进步，PIXAR 的技术美术师得以实现这一富有创意和复杂的新愿景。PIXAR 的“通用场景描述”处于这些工作流程的最前沿，并将电影制作流程转变为当今的制作流程。
您问什么管道？好吧...简单来说，它是使复杂过程可预测和可靠的一组工具。下图说明了传统流程的概述，其中部门进行线性协作以达到最终框架，这意味着部门必须等待上一个部门完成工作才能取得进展，例如动画可以。除非存在角色模型，否则不要开始。
标准 PIXAR 管道
Pixar 在跨部门的艺术家协作制作工具方面拥有悠久的历史，而 USD 是数十年经验的发展。 由于有了这些新的资产流水线工具，部门之间的团队合作继续改变了我们在 PIXAR 的工作方式。
...但为什么？ 好吧……“时间就是金钱”，依靠可预测的工具集以无损方式促进各部门之间的协作，对于实现故事片的最终制作期限至关重要。
...听起来很棒，但是我最喜欢的应用程序是否已经解决了我的问题？ 当然，如果您留在该应用程序中，但是对于 PIXAR 而言，创新对我们来说至关重要，因此，我们确保每个部门都能根据自己的需求制造和选择最佳工具。 考虑到这一点，USD 是一种干净，强大的交换格式，可以描述所有部门的工作，而不会妨碍他们的工作，其中可能包括模型，动画，材质，灯光，照相机以及生产环境中的其他典型必需品。
使用这种交换格式可以使协作非常可预测，从而使我们的艺术家可以专注于创造性工作，而不是数据管理。 这种脱钩也意味着我们可以用 USD 预测正在进行的创新，而不会影响其他部门。
让我们按部门细分这种合作...
暂存和布局
在 PIXAR，USD 工作流程正在革新我们的世界构建流程。 由于格式的效率，我们能够创建和访问更复杂的世界，同时以旧技术无法想象的缓慢方式对其进行可视化。 USD 的 Hydra 使艺术家能够比以前更快地与世界互动，同时在过程中添加纹理，材质和灯光的 OpenGL 近似值。
早期的外观开发意味着更好的最终框架
这使我们能够更早地实现电影的美感，这对于合作产生了积极的影响，从而促进了传统上留待后期制作的审批流程。 减轻压力，是的！ ...但是这并不意味着我妨碍了其他部门？ 好吧...这就是 USD 的美，它是非破坏性的！ 它的分层系统非常类似于 Photoshop 处理数据，它具有一组单独堆叠的操作，这些操作可以打开或关闭而不会影响任何数据。 您是否想在构建场景布局时查看主照明的运行情况？ 太好了，只需打开图层以获得更好的上下文！
USD 层级
资产和底纹
多亏了 USD 中的“变体”系统，RenderMan 才能为给定对象调用任意数量的版本，包括形状，阴影，纹理等方面的差异。 对于《玩具总动员4》，PIXAR 为每种资产都创建了多个变体，因此艺术家可以完全控制镜头。 这也意味着通过利用 USD 大量使用实例，他们可以事半功倍，这意味着阴影或纹理的任何细微变化都不必影响加载到内存中的几何图形，从而有效地管理了有限的资源。
USD 变量
例如，在古董仓库中，成千上万的资产由于 USD 变体而使用更少的金额创建，从而创造了比以前所可能拥有的更加丰富和高效的世界。
假设您正在拍摄，美术指导想改变框架中的主导色彩，那么，您不必选择修改会影响其他艺术家的整个序列，而只需在其中选择不同颜色的书架或椅子即可为您的拍摄营造合适的心情。 只需浏览该特定资产中的可用变体，瞧！ 新资产！
由于 USD 可以包含材料定义，因此我们可以在 PIXAR 的专有着色工具与商业纹理应用程序（如 Foundry 的 Mari）之间进行协作，该应用程序可以帮助部门利用其优势而不必担心数据管理。 因为我们的内部着色系统与市售工具略有不同，所以 RenderMan 更进一步，现在为 PIXAR Surface Material 提供了 Mari 近似值，从而在美化过程中为艺术家提供了更大的着色上下文。
RenderMan 现在发布了一个 Mari PIXAR 表面近似着色器
为了帮助管理后勤工作，PIXAR 开发了内部工具来处理所有 USD 及更多的转换和跟踪流程，从而使艺术家能够轻松地管理其资产。 借助单一且一致的 USD API 和 Scenegraph，以及用于读取，写入和编辑场景数据的丰富工具集，构建此类工具并非易事，但更易于预测，并且易于外部管道使用。
说到场景数据...古董仓库中所有 PIXAR 电影中都有上千种资产，例如 PIXAR 球或Red's Dream的自行车，您能全部找到它们吗？
动画
我们的动画软件 Presto 是围绕概念设计的，这些概念最终将被精炼和提取为 USD。 使用它的第一部长片是《勇敢传说》，它为 USD 提供了十年的代码创新和稳定性。 作为 PIXAR 一部分，这些努力对所有人都是可用的 开源计划 （包括OpenSubdiv，OpenTimelineIO，OpenUSD）的 ，还有许多可供公众使用的研究项目。
动画管道
USD 中最强大的功能之一就是能够加载复杂的数据集，并以低内存占用量对其进行流式传输，这意味着动画师具有更高的交互性和周围场景的上下文，例如，角色艺术家可以操纵和预览实时的头发，使他们能够更准确地判断角色的表现。 这极大地增加了他们可以迭代的工作量，产生了更多优美的镜头和序列，同时为角色的表现提供了更大的支持。
USD 提供重数据流的快速回放
得益于 USD 的后端和前端成像框架 Hydra 以及 PIXAR 的开源网格渲染项目 OpenSubdiv，它们可以协同工作，以最快的速度和最高的保真度表示复杂的场景数据。 人群部门也将从这些管道改进中受益匪浅，因为您可以轻松地可视化大数据集并使用所述资产的简单版本，利用 USD 的快速缓存系统进行实时回放，并在准备就绪时切换回生产质量通过更改“方案”（一种以 USD 为中心的方法，以促进广泛影响的场景更改）来资产。
USD “模式”对群体非常有用
灯光
USD 的关键部分是它能够在视口中的渲染委托之间动态切换的能力，在此示例中，是在 OpenGL 和 RenderMan 之间进行切换，这意味着在生产的早期阶段可以实现更好的照明近似度。 这样一来，摄影师和导演就可以提供最准确的反馈，从而使美工人员不必担心打磨和创意，而不必担心自己的基本色彩和与布置部门之间的阶段性差异。
渲染图
最终渲染的帧通常与进行颜色计时和编辑之前的管线的最后一步相关联，但是由于 USD 和 Hydra 的精巧性，RenderMan 现在可以提前提前渲染像素，从而帮助许多部门拥有更好的视觉环境为他们的工作。
还记得开始时的管道图吗？ 好吧，这就是 USD 和 RenderMan 与多少部门进行交互……非常整洁！
USD 和 RenderMan 参与了开发的许多阶段
在制作过程中具有更高的保真度意味着艺术家可以实时预览通常指定用于最终帧渲染的复杂效果，例如景深，运动模糊和阴影。 近似渲染效果是基本的，因为 PIXAR 热衷于保持渲染的像素尽可能完整，以避免不必要的像素过滤并在后期处理过程中降低图像质量。 这对于像立体声这样的部门非常重要，在这些部门中像素保真度至关重要。
USDView 可以流复杂的 USD 数据和渲染它与 RenderMan 通过 Hydra
USD 发行版中提供了 USDView 之类的工具，该工具可以加载任何类型的 USD 文件，无论是ascii（usda），binary（usd）还是存档（usdz）。 您可以简单地将渲染委托切换到 RenderMan 并查看带有光照上下文的镜头或资产。 所有这些协作工作流程改善了最终框架，并为每个人提供了更好的工作环境，从而使反馈会议（称为每日会议）更加准确和富有成效。
这就是我们谈到的数万亿个多边形镜头，详细信息由一根松锥针头提供，由USD提供！
我如何获得 USD
Houdini
RenderMan 已通过运送 hdPrman（用于 USD 的Hydra的图像处理插件）来支持 PIXAR 的USD格式，并为 Sidefx 的 Houdini 18 及其创新的 Solaris工具集（用于外观开发）提供了支持，该工具集完全围绕 USD 构建。
SideFX 在 RenderMan 艺术与科学博览会上演示了 Solaris
Maya
得益于 USD 的开源计划，PIXAR 多年来一直影响着 VFX 和功能动画世界。 诸如 Luma Pictures 和 Animal Logic 之类的工作室不仅接受了它，而且提供了至关重要的反馈和开发资源，使所有用户受益。 这些插件开发工作将很快在 Autodesk Maya 中推出，从而使 USD 生态系统比以往任何时候都更加强大。
Katana
Foundry 的旗舰照明工具致力于支持和创建引人注目的工作流程，这些工作流程与即将推出的 Katana 版本中 USD 工具集的可扩展性相匹配。
路线图
随着来自世界各地的开发人员将代码引入新的创造性领域，PIXAR 的 USD 将继续发展。 RenderMan 致力于支持和发展这种创新格式，因为它继续影响计算机图形行业。
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