USD (Universal Scene Description) هي صيغة ملف طورتها شركة Pixar لتبادل مشاهد الرسوم الحاسوبية ثلاثية الأبعاد بين تطبيقات إنشاء المحتوى الرقمي. إنها صيغة ملف مفتوحة المصدر قابلة للتوسيع يمكنها تخزين معلومات حول هندسة ثلاثية الأبعاد، والتظليل، والإضاءة، والفيزياء، ومجالات أخرى متعلقة بالرسومات. يمكنها أيضًا تجميع وتجاوز البيانات من مصادر متعددة، مما ينشئ مخطط مشهد واحد يمكن تحريره بشكل غير مدمر.
تُستخدم USD في العديد من الصناعات، مثل التصميم، والهندسة المعمارية، والرسوم المتحركة، والألعاب، وهي مدعومة من قبل العديد من تطبيقات البرامج، مثل Blender و Cinema 4D و Houdini و Maya و SceneKit من Apple. USD هي أيضًا جوهر خط أنابيب الرسوم ثلاثية الأبعاد الخاص بشركة Pixar وأساس منصة Omniverse من Nvidia.
تستخدم مواصفات Universal Scene Description (USD) العديد من صيغ الملفات:
- .usd – يمكن أن تكون مشفرة ASCII أو ثنائية
- .usda – مشفرة ASCII
- .usdc – مشفرة ثنائية
- .usdz – ملف حزمة منسق كأرشيف مضغوط غير مشفر بدون ضغط. قد يحتوي على ملفات .usd و .usda و .usdc و .png و .jpeg و .m4a و .mp3 و .wav.
يسهّل Blender (أو أي برنامج ثلاثي الأبعاد آخر) حياتك من خلال السماح لك بتنفيذ الكثير من المهام باستخدام واجهته فقط، ولكن بمجرد البدء في إدخال برامج أخرى في خط الإنتاج الخاص بك، تبدأ المشاكل في الظهور يمينًا ويسارًا. لذلك دعونا نتحدث عن أكبر المشكلات التي ربما تواجهها بالفعل اليوم وكيف ابتكرت Pixar الحل للتغلب عليها إلى ما لا نهاية وما بعدها.
المشكلة
إذا سبق لك أن قمت بتركيب نموذج في Substance، أو استوردت عملك إلى Unreal، أو حاولت مشاركة مشروع مع شخص يعمل في برنامج مختلف، فربما أدركت مدى إزعاج ذلك. إن الاضطرار إلى التعامل مع أنواع ملفات مختلفة، وسير عمل تصدير مناسب لكل برنامج فردي، وفقدان البيانات الثمينة في هذه العملية يمكن أن يجعلك تشعر وكأنك تضرب رأسك بالحائط عن قصد بشكل متكرر.
وصدقني عندما أقول إن هذا شيء يمر به جميع فناني الرسوم ثلاثية الأبعاد في كل مكان – سواء كنت تعمل كمبدع منفرد مع خط الإنتاج المخصص الخاص بك أو في استوديو كبير مثل Pixar وتضطر إلى الامتثال لقيود خط الإنتاج الصارمة للحفاظ على سير عمل مناسب لجميع الأشخاص الآخرين البالغ عددهم 1232 شخصًا الذين يعملون هناك. المشكلة تظل كما هي.
سبب حدوث ذلك
لكن هذا منطقي، أليس كذلك؟ يستخدم كل برنامج نوع ملف خاصًا به يعمل لتلبية احتياجاته. لذلك تم ترميز ملف من Blender، على سبيل المثال، للعمل في Blender ولكن ليس في Substance. من الواضح أنه في شركة، يحتاج كل فنان إلى أن يكون الملف متوافقًا مع أداته الخاصة التي يختارها لتسهيل الأمر وأحيانًا حتى جعله ممكنًا لمواصلة العمل في مشروع.
هذا هو السبب في أن الاضطرار إلى التصدير إلى نوع ملف أكثر عالمية مثل FBX أو OBJ أمر لا بد منه عند التبديل إلى برنامج مختلف أو تسليم مشروعك إلى الشخص التالي. ولكن حتى أنواع الملفات هذه لها الكثير من القيود، مثل عدم القدرة على تخزين المحاكاة والإضاءة والعديد من الجوانب الأخرى لمشاريع Blender الخاصة بك بشكل صحيح.
تقديم USD
إذًا ما هو الحل لهذه المشكلة؟ Universal Scene Description (USD) للاختصار! تم نشر USD لأول مرة كبرنامج مفتوح المصدر بواسطة Pixar في عام 2016 باعتباره خط الإنتاج الأساسي الجديد الخاص بهم، وكان USD بشكل أساسي طريقة لفنانيها لتسهيل نقل البيانات بين بعضهم البعض والأدوات التي يستخدمونها.
منذ إصداره، يخضع USD باستمرار للتغييرات والتحسينات، وهو أمر شائع بالنسبة للبرامج مفتوحة المصدر تمامًا مثل Blender، والذي يتم تحديثه وتوسيعه باستمرار أيضًا.
ما هي USD؟
USD هو الكثير من الأشياء وإذا تعمقت فيه حقًا، فقد يكون في الواقع شيئًا تقنيًا ومعقدًا للغاية لوصفه. ولكن إذا وضعتها ببساطة، فإن USD هي طريقة لجعل التطبيقات مثل Blender و Unreal و Houdini و Substance و Maya و Nvidia Omniverse والكثير غيرها تتحدث وتفهم بعضها البعض.
ضمن صناعة الكمبيوتر، هناك في الواقع كلمة رائعة لهذا – interoperability. من الصعب بعض الشيء قولها! ومع ذلك، فإن مدى روعة ذلك ليس معقدًا كما قد تظن. يمكنك البدء في استخدامه اليوم على جهاز الكمبيوتر الخاص بك أو حتى مع العديد من الأصدقاء أو الزملاء في جميع أنحاء العالم.
كيف تختلف USD
تقليديًا، يكون خط الإنتاج شيئًا أحادي الاتجاه للغاية حيث لا يحصل كل شخص إلا على العمل على شيء ما بمجرد انتهاء الشخص السابق. أو بالنسبة لك شخصيًا، لا يمكنك الانتقال إلا إلى الخطوة التالية في العملية، مثل التركيب، إذا كان النمذجة قد اكتملت تمامًا.
يمكنك مقارنة ذلك بخبز كعكة – أثناء بناء هذه الكعكة وإنشائها، يجب عليك إنهاء كل خطوة قبل أن تتمكن من البدء في الخطوة التالية. لا يمكنك خبز الكعكة قبل خلط العجين، ولا يمكنك بنائها قبل خبز الكعكات في الفرن. تعتمد كل خطوة على اكتمال الخطوة السابقة.
والأهم من ذلك، بمجرد وضع الزينة والحشو أو قررت أن الإسفنجة تحتاج إلى أن تكون بالشوكولاتة، فلا رجعة فيها. لا يمكنك فك خبز الكعكة أو تغيير النكهة إلى الفانيليا أو إزالة الزينة. وهذا ما نسميه سير عمل مدمر.
ومع ذلك، فإن USD أشبه بمكعبات Legos. تمثل كل كتلة جزءًا من مشهد ثلاثي الأبعاد – شخصيات أو كائنات أو بيئات أو أي شيء آخر – ويمكنك تجميع هذه الكتل وتفكيكها وتعديلها بشكل مستقل.
في خط إنتاج تقليدي، سيتضمن تغيير كتلة واحدة الاضطرار إلى تعديل بقية الهيكل. ولكن مع USD، يمكن العمل على كل كتلة بناء بشكل مستقل ويمكنني ببساطة تغيير كتلة واحدة إلى لون مختلف على سبيل المثال دون الحاجة إلى إعادة بناء النموذج بأكمله.
إنه نهج غير مدمر يسمح بالتجريب وسير العمل التعاوني دون أن يعيقك قيود خط الإنتاج.
هدف USD
الهدف من كل هذا مع USD هو إنشاء طريقة لنقل البيانات بين التطبيقات بحرية، لمنح الفنانين والفرق حرية التركيز على الإبداع وليس على التصدير والانتظار عالقين لبعضهم البعض ليكونوا قادرين على مواصلة العمل. لا ينبغي للفنانين أن يضطروا إلى إعادة التشغيل إذا قرر فريق المفهوم تغيير الأمور في وقت لاحق. ولا ينبغي أن تكون هناك مشكلات في تنسيقات الملفات القادمة من برامج أخرى لا تعمل في برنامجك الذي تختاره.
على مستوى الخدمة، يبدو أن هذا هو ما تبدو عليه USD – صيغة ملف قابلة للتشغيل المتبادل بدرجة كبيرة وقابلة للتبادل بسهولة بين البرامج المختلفة. ولكي نكون منصفين، هذا ما سيكون عليه بالنسبة لمعظم مستخدمي Blender، حيث يميل الكثير منا إلى العمل بمفردهم. لكن USD هي أكثر من مجرد نوع ملف…
إنها طريقة لتجميع وتنظيم أي عدد من الأصول في مجموعات ومشاهد ولقطات وعوالم افتراضية – باستخدامها من تطبيق إلى آخر وتحريرها بشكل غير مدمر غالبًا في الوقت الفعلي.
كيفية العمل مع USD
إذًا دعونا نلقي نظرة على كيفية عملنا مع USD في سير عمل Blender. في أبسط أشكاله، كان USD خيار تصدير في Blender منذ الإصدار 3.6. لذلك إذا كان لديك ملف تعمل عليه وتريد حفظه كملف USD، فيمكنك الانتقال إلى File > Export > Universal Scene Description وسيمنحك نافذة مطالبة لحفظ الملف.
لديه عدد قليل من الخيارات ولكن الخيارات الرئيسية التي يجب ملاحظتها هي:
- Selection Only – سيشمل فقط الكائنات المحددة في التصدير الخاص بك
- Animation and Hair – سيشمل / يستبعد بيانات الرسوم المتحركة والشعر الجزيئي للكائنات الخاصة بك
إليك مثال رائع لكيفية عمل USD. هذا ملف من مكتبة عينات USD الخاصة بـ Nvidia تم إنشاؤه في مجموعة من البرامج مثل 3ds Max و Substance. إذا فتحت هذا في Blender عن طريق استيراده، فإنه يعمل بنسبة 100٪ تقريبًا على الفور!
كما ترى، فإنه يحتوي على جميع البيانات بما في ذلك الأضواء وعمق المجال والكاميرا والمواد وغير ذلك الكثير. الشيء الوحيد الذي لا يتم تصديره بشكل صحيح هو إضاءة HDRI التي يتعين علينا إعدادها بأنفسنا. ولكن من المدهش الاعتقاد بأن هذا يبدو متطابقًا تقريبًا داخل محرك Arnold الخاص بـ 3DS Max، وتم تصديره إلى Blender ويعمل بشكل جيد باستخدام نوع ملف واحد!
لديه تسلسل هرمي مناسب ومواد وكل شيء تم إعداده بشكل أساسي. إنه رائع حقًا! على أي حال، هذا يوضح كيف تعمل USD بين التطبيقات المختلفة و أنها تعمل كتنسيق ملف قابل للتشغيل المتبادل.
مثال عملي على USD
ولكن دعونا نلقي نظرة على مثال أكثر عملية. بالنسبة لمثال خط الإنتاج هذا، سأستخدم سير عمل نموذجي لاستخدام Blender لنمذجة كائن للعبة.
سيكون خط الإنتاج التقليدي شيئًا من هذا القبيل:
- إنشاء نموذج في Blender
- فك UV للنموذج
- تصدير كـ FBX نظرًا لأن Painter لا يمكنه استخدام ملفات Blender
- استيراد FBX إلى Substance Painter
- إضافة مواد في Substance
- تصدير القوام كصور
- استيراد FBX إلى محرك اللعبة
- إعداد القوام يدويًا
- إنشاء عمليات العرض
باستخدام USD، يمكننا تبسيط هذه العملية بشكل كبير والاحتفاظ بسير عمل غير مدمر إلى حد كبير. يظل خط الإنتاج مشابهًا جدًا مع كون Blender و Substance المكونين الرئيسيين.
ولكن نظرًا لأن USD لا يعمل أصليًا في الوقت الفعلي بين هذه التطبيقات (بسبب أن Blender لا يزال لديه دعم محدود لـ USD بشكل أساسي)، فسأستخدم Nvidia Omniverse لإنشاء هذا الاتصال لنا.
من خلال Omniverse، يمكنني الوصول إلى فرع Blender أكثر توافقًا مع USD تم إنشاؤه بواسطة Nvidia. يمكنني تمكين موصل Omniverse لـ Substance Painter لتحقيق LifeLink. ويمكنني استخدام USD Composer لسد الفجوة بين التطبيقات وعرض المنتج النهائي.
مع إعداد ذلك، يمكننا الآن فتح مشروع Blender الخاص بنا في فرع Blender المخصص. إذا ضغطنا بعد ذلك على N وانتقلنا إلى الجانب الأيمن هنا، فسنحصل على الملحق Nucleus الذي يسمح لنا بتصدير هذا كملف USD.
إذا انتقلنا بعد ذلك إلى USD Composer وفتحنا ملف USD هذا، فسنحصل على نوع من الارتباط المباشر بين التطبيقات. يمكنني الآن إجراء أي تغيير على الشبكة وإعادة تصديرها وجعل ذلك يتم التقاطه تلقائيًا داخل USD Composer.
إنه يتحسن! بمجرد استيراد النموذج، يمكننا فتح Substance Painter وتمكين موصل Omniverse والانتقال إلى Import Mesh لاستيراد الكائن الخاص بنا تلقائيًا من USD Composer إلى Substance. في هذه المرحلة، إذا قمنا بإجراء تغييرات في Blender، فلا يزال بإمكاننا إعادة التصدير والتقاط ذلك في USD Composer، والذي يرتبط تلقائيًا بـ Substance Painter.
ومع ذلك، بمجرد إضافة القوام داخل Substance Painter، ستؤدي إعادة فعل ذلك إلى إزالة هذه القوام. لذلك بمجرد أن تكون سعيدًا، أضف المواد الخاصة بك في Substance Painter، ومع تمكين Life Link، ستظهر هذه المواد تلقائيًا في USD Composer.
أي تغييرات تجريها بعد ذلك يتم تصديرها وتحديثها تلقائيًا في USD Composer. رائع حقًا!
بالنسبة لي، فإن سير العمل هذا مذهل تمامًا. إن القدرة على إجراء تغييرات في Blender و Substance Painter في الوقت الفعلي وجعل كل ذلك يعمل تلقائيًا وصولًا إلى الخط ويعكس في العرض النهائي هو شيء آخر.
إذا كنت مهتمًا بتجربة كل ما تقدمه Nvidia Omniverse، فيمكنك تنزيله مجانًا من خلال الرابط الموجود في الوصف. وإذا كنت تريد معرفة المزيد حول جميع حالات الاستخدام التقني التي توفرها USD و Omniverse معًا، فيمكنك العثور على رابط تنزيل مجاني آخر لذلك بالإضافة إلى رابط لحضور جلسات يوم USD المفتوح افتراضيًا أو شخصيًا في GTC في مارس.
أوصي بشدة بالتحقق من ذلك لأن هذا هو حقًا مستقبل عمليات سير عمل الرسوم ثلاثية الأبعاد.
المزيد حول USD
إلى جانب هذا المثال الممتع، لدى USD الكثير لتقدمه. وإذا استخدمت قدراته جيدًا، فستصبح أكثر كفاءة كفنان. فماذا يمكن أن يفعل أيضا؟
حسنًا، بصرف النظر عن حقيقة أن تنسيق ملف عالمي سيجعل حياتك أسهل كثيرًا، فهو بالتأكيد المستقبل. منذ أغسطس 2023، أصبحت USD منظمة رسمية غير ربحية تسمى The Alliance of Open USD (AO USD) للاختصار – مع Pixar و Apple و Adobe و Autodesk و Nvidia كأعضاء مؤسسين لها.
أعتقد أن هذا يوضح حقًا مدى استثمار هذه الشركات وكيف يرون حقًا أن هذا هو مستقبل تنسيق ملف قابل للتشغيل المتبادل – والذي يجب أن يكون الجميع قادرين على استخدامه بسهولة بالغة.
بصرف النظر عن كونه تنسيق ملف، تخزن USD كل شيء تقريبًا – من الأضواء والكاميرات إلى ذاكرات التخزين المؤقت للمحاكاة وبيانات المشهد – في هيكل يشبه الطبقة يسمى “prims” (اختصار لكلمة primitives). يحتوي على جميع هذه البيانات لوصف المشاهد والأصول المعقدة بتنسيق قابل للقراءة بواسطة مجموعة واسعة من التطبيقات.
الآن بعد معرفة ذلك، فإن اسم “Universal Scene Description” منطقي للغاية!
إذا كنت معتادًا على مجموعات Blender، فإن USD تعمل بالمثل. يمكنك تضمين أي شيء داخل مجموعات متداخلة متعددة، مع ميزة إضافية تتمثل في أن USD تتعامل مع كل هذه الطبقات كحالات. لذلك فهو قادر على تحميل وقراءة جميع البيانات بسرعة كبيرة بطريقة مُحسَّنة.
يعمل هذا بشكل مشابه لحالات التجميع في Blender، وهو أمر جيد لأن الحالات تتطلب حسابًا أقل من الكائنات المكررة الفعلية. كما أنه مشابه جدًا لـ pre-comping في After Effects أو compounding في Nuke – تقوم بشكل أساسي بتجميع الأشياء داخل مجموعات / طبقات متداخلة، مما يجعل من السهل والأسرع على الكمبيوتر العمل مع الملف.
مثال رائع على هذا التحسين هو أحدث مشروع عينة USD من Nvidia يسمى “Da Vinci’s Workshop”. باستخدام تطبيق USD Composer الخاص بهم (وهو مثالي لعرض مشاريع USD بإضاءة في الوقت الفعلي)، يمكنني تشغيل مكتبة الأصول والقوام والأضواء الضخمة هذه التي تبلغ سعتها 67 جيجابايت مع ملايين المضلعات بسرعة قريبة من 120 إطارًا في الثانية دون أي تأخير أو مشاكل. هذا ممكن بسبب مدى كفاءة USD في تحميل الملفات والقوام بطريقة مُحسَّنة للغاية.
وبالمثل، بالنسبة للرسوم المتحركة التي كانت تُصدر في السابق كملفات Alembic، أصبح التخزين المؤقت لـ USD الآن أسرع بكثير. عادةً ما تكون ملفات Alembic ضخمة جدًا وغير مُحسَّنة وتقرأها أجهزة الكمبيوتر ببطء – مما يؤدي عادةً إلى تشغيل متقطع. مع USD، لا توجد مشكلة على الإطلاق في تحقيق معدل إطارات ثابت وحجم الملف أصغر بكثير.
المزيد من الفوائد
ميزة أخرى رائعة حقًا هي أنه يمكنك الوصول إلى الطبقات الموجودة داخل مشروع USD الخاص بك من خارج الملف بسهولة تامة. على سبيل المثال، إذا كانت هناك طبقة أولية تحتوي على البيانات التي تفيد بأن الكرة خضراء داخل ملف USD، فمن خلال تغيير هذا اللون ببساطة إلى اللون الأحمر في محرر متوافق مع USD مثل USD Composer، يمكننا تغيير لون الكرة دون فتح الملف مطلقًا في Blender! هذا الآن قوي بشكل لا يصدق.
على الرغم من أن هذا مثال أساسي بالطبع، إلا أنه يوضح الإمكانات. فائدة رئيسية أخرى هي أن USD لا يزال يسمح لك بالعمل فقط على طبقة واحدة من ملف معقد في برنامج معين. لذلك حتى إذا كان ملفك يحتوي على مشروع كامل مع كاميرات وأضواء وما إلى ذلك، فلا يزال بإمكانك فتح قطعة واحدة فقط منه – على سبيل المثال نموذج واحد فقط – داخل Substance Painter، والعمل فقط على هذا الجزء من المشروع دون التأثير على أي شيء آخر.
وينطبق هذا أيضًا على ما إذا كان العديد من الأشخاص يعملون على نفس الملف – وهي قوة رئيسية أخرى لـ USD. يمكن لعشرة أشخاص العمل على نفس الملف بحيث تكون التغييرات التي أجراها الفنان رقم واحد مرئية على الفور للفنان رقم اثنين، مما يسمح لهم بتكييف عملهم وفقًا لذلك. القدرة على التعاون مع الأشخاص عن بُعد قوية بشكل لا يصدق.
مستقبل خطوط إنتاج الرسوم ثلاثية الأبعاد
من الآمن القول أن USD هو أكثر بكثير من مجرد تنسيق ملف. إنها منصة تكنولوجية شاملة ونظام بيئي يتماشى حقًا مع Blender في مهمته: حرية الإبداع دون قيود.
لا يزال USD قيد التطوير. الحلم حقيقي – تنسيق ملف برنامج عالمي قابل للاستخدام من قبل أي برنامج في الصناعة، وقابل للتحرير في الوقت الفعلي من قبل فنانين متعددين.
يجب أن نكون جميعًا ممتنين لشركة Pixar لتمهيدها الطريق بهذا التطور المذهل، ولشركات مثل Nvidia و Apple لمساهمتها بجزء منها.