Was ist / Wozu OpenUSD & USDZ?

Kurze Videos und Talks von Gerhard Schröder rund um OpenUSD, USDZ und Augmented Reality im Apple-Universum — seit 2022.

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USD ist der übergeordnete Standard — Universal Scene Description. USDZ ist ein ZIP-basiertes Containerformat, das mehrere Dateien bündelt. USDA ist das lesbare ASCII-Format, USDC das kompakte Binärformat. Apple hat zusätzlich das Reality-Format entwickelt, das einen stärkeren Kopierschutz für Industriekunden bietet.

USD beschreibt nicht nur einzelne Objekte, sondern ganze Szenen — inklusive Animationen, Zeitabläufe und Kameras. Statt vieler kleiner Dreiecke können Formen mathematisch als Kurven beschrieben werden, was Dateien kleiner und energieeffizienter macht. Das ist besonders relevant für Smartphones, AR-Brillen und mobile Geräte mit begrenzter Akkulaufzeit.

MaterialX ist ein offener Standard zur Beschreibung von Oberflächen — entwickelt von Industrial Light & Magic. Statt einer Foto-Textur für Holzmaserung wird die Oberfläche als mathematische Formel beschrieben. Das ergibt kleinere Dateien, bessere Darstellungsqualität und weniger Akkuverbrauch. MaterialX wird aktuell von Nvidia für Omniverse und von Apple implementiert.

Was ist USDZ? Was ist USD? Wozu braucht man das im Internet, in diesem 3D-Internet der Gegenwart und Zukunft? Das alles erkläre ich in diesem Video.

Hallo, mein Name ist Gerhard Schröder. Ich beschäftige mich schon seit ein paar Jahren mit dem Themenbereich USD und USDZ. Als Chef von einer Internetagentur, die sich auf solche Sachen spezialisiert hat, ist das vielleicht naheliegend. In diesem YouTube-Kanal geht es ansonsten um das Thema Augmented Reality und sehr häufig auch um Apple. Aber dieses Video dreht sich nicht zentral um Apple — Apple kommt aber drin vor. Auch die Firma Pixar, Nvidia und ein paar andere große Namen wie Adobe.

Das Video hat hier unten Kapitelmarken bei YouTube — da kann man also einfach zu dem oder dem Stück springen.

Vorgeschichte: Wie entstand USD?

Ich fange mal an, wo alles losging — bei der Firma Pixar. Pixar selbst wiederum ist entstanden aus der Firma Industrial Light & Magic, vielleicht dem einen bekannt als die Tricktechnikfirma hinter Star Wars. Die haben für die immer fortgeschrittene Tricktechnik und die immer rechenleistungsfähigeren Computer angefangen, eine eigene Software zu entwickeln.

Irgendwann kam der Punkt im gesamten Unternehmen: Ein Teil der Mannschaft wollte Realfilme mit Computergrafik ergänzen, die anderen sagten, da steckt so viel mehr Potenzial drin, wir wollen nur Computeranimationsfilme machen. Und das war der Zeitpunkt, als Pixar gegründet worden ist — unter anderem mit dem Geld von Steve Jobs, dem Gründer von Apple.

Übrigens: Aus der Firma ILM ist noch eine andere bekannte Software entstanden — ein damaliger Softwareentwickler hatte die Idee, Bilder digital zu bearbeiten. Daraus wurde ein Programm mit dem Namen Photoshop.

Aber zurück zu Pixar. Pixar wollte Computeranimationsfilme entwickeln, Geschichten erzählen. Problem: Kompatibilitätsprobleme zwischen 3D-Animationssoftware A und B. Irgendwann haben die Leute von Pixar gesagt: Das geht nicht so weiter, da muss eine Lösung her — und haben den gordischen Knoten durchgetrennt. Sie haben einfach einen Softwarestandard definiert. 2015 gingen Mitarbeiter von Pixar auf die SIGGRAPH-Konferenz, klappten einen handelsüblichen Gaming-Laptop auf und gaben eine Textzeile ein. 21, 22, 23. Bumm. Echtzeit-Rendering einer Szene aus Findet Nemo — direkt auf dem Laptop.

Was USD auszeichnet

Dieser Standard ist nicht nur superinteroperabel, sondern auch supereffizient. Weniger Energieverbrauch, längere Akkulaufzeit — echte Argumente für Smartphones, AR-Brillen und mobile Geräte.

Das Ganze haben sie 2015 vorgestellt und gleich Open Source gegeben. Vorteil: Inzwischen haben so ziemlich alle 3D-Animationssoftware-Systeme oder CAD-Systeme gesagt, okay, das ist ein gemeinsamer Nenner, auf den wir uns einigen können.

USD steht für Universal Scene Description — universelle Szenenbeschreibung. Logisch: Pixar, Computeranimation — die wollen ja nicht nur Objekte beschreiben, sondern Szenen. Da passieren Animationen. Damit kann Zeit und Raum miteinander beschrieben werden. Wann passiert was, wann taucht was auf, bewegt sich eine Kamera — alles in einem kompakten Format.

Die Dateiformate

Der Standard heißt USD. Das Dateiformat dahinter heißt einerseits USDZ für ZIP-Datei — da kann man mehrere Sachen auf einmal reinpacken. Es gibt USDA wie ASCII — die kann man mit einem Texteditor aufmachen. Und es gibt USDC wie Binärdateien, Binary. Apple hat wiederum für sich selbst noch eine Ergänzung entwickelt: das Reality-Dateiformat. Das ist mit einem speziellen Kopierschutz versehen — interessant für Industriekunden, die ihre 3D-Daten schützen möchten.

AR Quick Look: Apples Interaktivitäts-Erweiterung

Was auch geht: Nicht nur, okay, eine Szene wird als 3D-Element beschrieben — sondern ich kann auch sagen, was passiert wann. Diese Ergänzung hat Apple entwickelt. Pixar als Filmproduktionsunternehmen interessiert sich für Animationen, Apple für Interaktivität. Sie haben einen speziellen Standard kreiert, der auf iPhone und iPad funktioniert, der auch auf der zukünftigen Apple-Brille funktionieren wird. Dieser Standard heißt AR Quick Look.

Nvidia Omniverse: ein anderer Weg

Nvidia geht mit seinem Omniverse einen etwas anderen Weg. Omniverse ist auch wiederum eine Form von USD-Darstellung — gedacht für VR-Brille und Industrie statt für Smartphone. Eine USD-Datei, die ich meinetwegen für eine iPhone-Anwendung kreiert habe, lade ich dort hinein und kann die Datei auch dort anschauen.

Man kann die großen digitalen Zwillinge aus dem Industrie-4.0-Bereich im Omniverse bearbeiten, anschauen, damit interagieren — und Teile davon exportieren und auf dem iPad anschauen. Interoperables Dateiformat.

MaterialX und die Zukunft

Das eine, was sich ändert, ist das Thema, wie ich Kurven beschreibe. Statt 10.000 kleine Dreiecke für eine Tasse kann ich mit einer mathematischen Formel einfach eine Kurve beschreiben. Macht die Datei kleiner, kompakter.

Das zweite, was sich ändert: wie ich die Oberfläche beschreibe. Statt eine Foto-Textur für Holzmaserung zu übertragen, kann ich die Holzmaserungskurven mit einer mathematischen Formel beschreiben. Kleinere Datei, bessere Qualität, Akkuersparnis. Das heißt MaterialX — und wird gerade sowohl von Nvidia für Omniverse als auch von Apple implementiert.

Koordiniert wird das Ganze über die USD User Group — in der sind wir als Unternehmen auch vertreten.

Das Metaverse Standards Forum — über 1700 Unternehmen weltweit — hat USD als technologische Grundlage definiert. Wer für das Metaverse seinen 3D-Datenkram aufbereiten möchte, kann das gleich damit auch tun.

Wer Lust hat, mehr zu diesem Thema USDZ zu erfahren: Bald startet eine neue Reihe, der Live Talk USD Updates. Denn da das ja ein Softwarestandard ist, der immer weiterentwickelt wird, gibt es auch alle paar Wochen mal was Neues. Und das als Live-Talk.