智東西
【資料圖】
作者 | ZeR0
編輯 | 漠影
隨著工業(yè)元宇宙浪潮席卷至汽車、零售等越來(lái)越多的行業(yè)，NVIDIA Omniverse平臺(tái)正成為這場(chǎng)新興數(shù)字革命基礎(chǔ)設(shè)施的“主角”。
基礎(chǔ)建設(shè)總是走在行業(yè)應(yīng)用潮流的前面。如果說(shuō)通用GPU計(jì)算架構(gòu)CUDA是NVIDIA為AI時(shí)代準(zhǔn)備的“殺手锏”，那么實(shí)時(shí)物理級(jí)準(zhǔn)確世界模擬和3D設(shè)計(jì)協(xié)作平臺(tái)Omniverse就好比NVIDIA為元宇宙和數(shù)字孿生趨勢(shì)提前準(zhǔn)備的“兵器庫(kù)”。
基于通用場(chǎng)景描述（USD），Omniverse簡(jiǎn)化了復(fù)雜的3D工作流，讓身處不同時(shí)間、不同空間的設(shè)計(jì)師和開(kāi)發(fā)者們能夠無(wú)縫高效協(xié)作，來(lái)一同構(gòu)建大規(guī)模、物理級(jí)準(zhǔn)確的虛擬世界。
在元宇宙概念還未被引爆之前，NVIDIA就已經(jīng)開(kāi)始針對(duì)構(gòu)建虛擬世界的痛點(diǎn)著手相關(guān)的技術(shù)開(kāi)發(fā)及儲(chǔ)備。從2019年首次公開(kāi)介紹Omniverse平臺(tái)，到2021年發(fā)布Omniverse Enterprise，再到2022年推出Omniverse Cloud和OVX計(jì)算系統(tǒng)，NVIDIA的元宇宙布局逐漸清晰。
在元宇宙熱情的催化下，這些技術(shù)成果正快速?gòu)哪缓笞呦蚺_(tái)前。崇尚技術(shù)導(dǎo)向、實(shí)用導(dǎo)向的NVIDIA，通過(guò)將其在圖形計(jì)算和人工智能（AI）領(lǐng)域長(zhǎng)期積累的得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)集合起來(lái)，提供全棧式解決方案，已經(jīng)幫助越來(lái)越多企業(yè)一站式解決問(wèn)題，給生產(chǎn)效率和質(zhì)量帶來(lái)實(shí)質(zhì)性的改善。
NVIDIA如何通過(guò)提高Omniverse平臺(tái)提高各行業(yè)的生產(chǎn)效率？它對(duì)工業(yè)元宇宙及數(shù)字孿生的發(fā)展趨勢(shì)有哪些觀察與預(yù)判？近日，NVIDIA技術(shù)專家與智東西等媒體進(jìn)行深入交流。
一、推動(dòng)元宇宙落地的四個(gè)必備元素
NVIDIA是怎么看待元宇宙的？據(jù)NVIDIA技術(shù)專家分享，元宇宙是互聯(lián)網(wǎng)的3D內(nèi)容演變，當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容以圖片、2D視頻、文字為主，而未來(lái)的互聯(lián)網(wǎng)傳輸內(nèi)容中將出現(xiàn)大量的3D內(nèi)容，這會(huì)讓現(xiàn)有行業(yè)產(chǎn)生新的演變。
元宇宙想落地，需要這幾個(gè)元素：
1、開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)。3D世界存在內(nèi)容交互問(wèn)題，在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代是HTML，3D內(nèi)容時(shí)代則需要新的數(shù)據(jù)交互傳輸格式。
2、可擴(kuò)展、可加速的時(shí)間精準(zhǔn)的系統(tǒng)。可擴(kuò)展的系統(tǒng)才能承載龐大的虛擬世界。元宇宙不像游戲用一個(gè)沙盒就可以運(yùn)行，對(duì)于真實(shí)世界的模擬要更宏大，例如Earth-2數(shù)字孿生地球項(xiàng)目。
3、遵循物理世界的實(shí)時(shí)仿真。仿真有很多，但能做到實(shí)時(shí)的軟件并不多。
4、AI。幫助大量產(chǎn)生相應(yīng)的3D數(shù)字內(nèi)容，在虛擬世界中訓(xùn)練相關(guān)的AI模型，再反饋、幫助部署到真實(shí)世界。
數(shù)字孿生需要虛擬數(shù)據(jù)集的單一實(shí)時(shí)來(lái)源。各種第三方軟件都有各自的格式，當(dāng)匯總到同一個(gè)場(chǎng)景下時(shí)，數(shù)據(jù)難免會(huì)出現(xiàn)丟失。比如CAD的工程軟件轉(zhuǎn)成MESH文件，有些文件會(huì)莫名其妙消失，在傳遞過(guò)程中，或者每次升級(jí)部件，它的外觀有一些變化，沒(méi)有達(dá)到單一的實(shí)時(shí)來(lái)源。
Omniverse平臺(tái)便是為了打造遵循真實(shí)世界物理規(guī)則的虛擬世界而誕生的。它由USD、可擴(kuò)展性、認(rèn)證的硬件平臺(tái)以及不斷擴(kuò)大的第三方生態(tài)系統(tǒng)組成，將光線追蹤、AI和實(shí)時(shí)渲染等各種復(fù)雜技術(shù)都集成到3D流水線中。
通用場(chǎng)景描述（USD）是NVIDIA Omniverse平臺(tái)的基石，其定義是虛擬世界的HTML。
它是各種不同來(lái)源的3D工作流能在Omniverse中實(shí)現(xiàn)互操作性的關(guān)鍵。可以將Omniverse簡(jiǎn)單理解成微軟Office365，就像Office365一樣包含很多不同的應(yīng)用，USD則類似于Office365里的OneDrive，能將你的文件共享給每一個(gè)人，設(shè)定不同的權(quán)限。Omniverse能夠讀懂USD內(nèi)容，幫助實(shí)現(xiàn)USD才能實(shí)現(xiàn)的一些功能。
這是一個(gè)分層的結(jié)構(gòu)。以數(shù)字工廠場(chǎng)景為例，機(jī)器人臂、物流運(yùn)輸?shù)能壍馈⒏鞣N各樣的傳送物料等等，都可以是獨(dú)立的USD文件，結(jié)合在一起成為一個(gè)包含所有元素的世界級(jí)別的大USD文件。
單個(gè)文件里，比如針對(duì)機(jī)械臂，可以有傳感器、電信號(hào)、物理運(yùn)動(dòng)信息、光照信息、材質(zhì)信息、幾何信息等，都是一個(gè)層級(jí)的文件，而且這些層級(jí)的文件在工作過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)非破壞性工作流。
USD誕生于媒體娛樂(lè)行業(yè)，最早關(guān)心的是mesh幾何體的信息、光照、材質(zhì)等等，但進(jìn)入工業(yè)元宇宙應(yīng)用場(chǎng)景下，時(shí)間線、GPS信息、IoT實(shí)時(shí)傳過(guò)來(lái)的信息等需要被記錄到USD格式里。這也體現(xiàn)了USD的可擴(kuò)展性和開(kāi)放性。NVIDIA在USD文件上投入了巨大的開(kāi)發(fā)資源，想辦法打通各行業(yè)的3D軟件應(yīng)用，不斷增加USD的功能，從而更好地支持元宇宙的落地。
由于Omniverse平臺(tái)需要更高的擴(kuò)展性，NVIDIA也提供了自定義的開(kāi)發(fā)管道，方便開(kāi)發(fā)者隨時(shí)隨地進(jìn)行低代碼開(kāi)發(fā)。未來(lái)這個(gè)生態(tài)會(huì)越來(lái)越大，將引入更多的第三方軟件到Omniverse平臺(tái)上。
二、元宇宙硬件怎么選？NVIDIA專家分享指南
除了Omniverse外，NVIDIA跟合作伙伴還準(zhǔn)備好了專為驅(qū)動(dòng)大規(guī)模元宇宙和數(shù)字孿生應(yīng)用而打造的硬件系統(tǒng)，包括NVIDIA OVX POD計(jì)算系統(tǒng)和經(jīng)認(rèn)證的第三方硬件。NVIDIA技術(shù)專家將OVX稱作“跑元宇宙的最佳應(yīng)用實(shí)踐平臺(tái)”、“支持?jǐn)?shù)字孿生的最優(yōu)解”。
那么，什么樣的硬件可以把Omniverse軟件和平臺(tái)運(yùn)行起來(lái)？用戶又該如何從琳瑯滿目的各式硬件產(chǎn)品中挑選到最適合自身需求的？NVIDIA技術(shù)專家對(duì)此給了一些參考建議：
個(gè)人用戶可以選擇NVIDIA認(rèn)證的工作站。企業(yè)需要多人協(xié)作，有兩種選擇，一種是NVIDIA認(rèn)證過(guò)的服務(wù)器，更大規(guī)模可以買NVIDIA OVX硬件產(chǎn)品平臺(tái)。如果希望在私有云里進(jìn)一步擴(kuò)大規(guī)模，則建議選擇Omniverse Cloud云服務(wù)，它可以被看作是一個(gè)由NVIDIA提供的軟件應(yīng)用平臺(tái)，支持針對(duì)不同的用量來(lái)選擇不同的硬件。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，大部分的主流功能都可以在NVIDIA服務(wù)器系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)，如果需要大幅擴(kuò)展范圍，就需要考慮Omniverse Cloud。NVIDIA的優(yōu)勢(shì)在于容器化部署，實(shí)現(xiàn)輕量化的客戶端，能打開(kāi)客戶端網(wǎng)頁(yè)的設(shè)備，利用串流技術(shù)就可以輕松實(shí)現(xiàn)云渲染及云應(yīng)用，非常便捷和輕量化。
大規(guī)模的數(shù)字孿生可以在OVX上運(yùn)行。OVX產(chǎn)品經(jīng)過(guò)了三代演變：OVX 1.0以A40為主；2.0升級(jí)了GPU和網(wǎng)絡(luò)硬件，網(wǎng)卡從CX6升級(jí)到CX7，GPU從A40升級(jí)到L40；3.0在GPU側(cè)沒(méi)有變化，在網(wǎng)絡(luò)方面增加了BlueField網(wǎng)卡，替代了其中一張ConnectX7，還增加了些安全功能。
傳統(tǒng)工作站通常最多插4塊GPU卡，而OVX底層GPU之間用InfiniBand技術(shù)互聯(lián)，單個(gè)服務(wù)器上有8卡，跨集群可以支持64塊卡，適合大場(chǎng)景多卡渲染設(shè)計(jì)。
Omniverse平臺(tái)匯集了一些NVIDIA根基深厚的核心底層技術(shù)，包括已發(fā)展20多年的RTX渲染、最強(qiáng)護(hù)城河CUDA、最近開(kāi)源的PhysX以及NVIDIA所有的AI相關(guān)技術(shù)。在這之上，NVIDIA持續(xù)推出面向不同場(chǎng)景的新平臺(tái)、新功能和新服務(wù)，推動(dòng)構(gòu)建元宇宙應(yīng)用的門檻一降再降。
談及未來(lái)數(shù)字孿生可能引入的新技術(shù)，NVIDIA技術(shù)專家非常看好AR、生成式AI和基于大型語(yǔ)言模型的應(yīng)用。AR技術(shù)能讓參與者在參與未來(lái)數(shù)字孿生的過(guò)程中擁有沉浸式體驗(yàn)，生成式AI技術(shù)可以低成本、高效、高保真度、高精度來(lái)生成數(shù)字孿生系統(tǒng)中所需要的3D資產(chǎn)，基于大型語(yǔ)言模型的應(yīng)用能為可交付式元宇宙應(yīng)用提供支持。
大模型與數(shù)字孿生結(jié)合的方向，可以是通過(guò)自然語(yǔ)言方式來(lái)改變傳統(tǒng)的交互方式，也可以將可視化圖像、視頻數(shù)據(jù)或視頻3D資產(chǎn)等相結(jié)合，統(tǒng)一到一個(gè)大的模型中，促進(jìn)數(shù)字孿生整個(gè)應(yīng)用的創(chuàng)建以及最后的運(yùn)行和交付。
三、落地工業(yè)數(shù)字孿生，五個(gè)典型應(yīng)用案例
在全球范圍內(nèi)，很多大型企業(yè)已采用Omniverse平臺(tái)來(lái)構(gòu)建數(shù)字孿生或工業(yè)元宇宙，成功的合作案例包括寶馬集團(tuán)的數(shù)字工廠、亞馬遜的倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)，還有一些在零售、交通、能源、電信等領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)應(yīng)用案例。
面向工業(yè)數(shù)字孿生，NVIDIA的工作主要聚焦于三個(gè)方向：1、完全逼真的可視化，物理級(jí)精確的實(shí)時(shí)渲染；2、可編排、可自定義的3D工作流；3、合成數(shù)據(jù)生成。
在汽車制造領(lǐng)域，汽車生產(chǎn)制造是一項(xiàng)龐大工程，會(huì)涉及到成千上萬(wàn)的零部件，并需要眾多工作人員協(xié)同開(kāi)展工作。而通過(guò)將汽車產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作流引入虛擬世界，汽車制造商優(yōu)化整個(gè)工廠布局、機(jī)器人的開(kāi)發(fā)和物流系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)虛擬世界評(píng)估和驗(yàn)證后，再在現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行部署，這樣就能規(guī)避傳統(tǒng)工作流存在的瓶頸，通過(guò)在虛擬環(huán)境中測(cè)試好各種材料和部件，節(jié)約時(shí)間和降低成本。
寶馬集團(tuán)的數(shù)字孿生工廠可以說(shuō)是Omniverse最經(jīng)典的應(yīng)用案例之一。寶馬計(jì)劃2025年投入運(yùn)營(yíng)的一個(gè)位于匈牙利德布勒森新的電動(dòng)汽車工廠，通過(guò)利用包括在內(nèi)Omniverse的綜合數(shù)字孿生平臺(tái)，現(xiàn)在已經(jīng)能在虛擬工廠中對(duì)來(lái)自各種不同工業(yè)軟件的數(shù)據(jù)應(yīng)用和全球不同地點(diǎn)的專業(yè)人員以統(tǒng)一的方式來(lái)實(shí)時(shí)同步協(xié)作，從而能夠?qū)崿F(xiàn)汽車工廠運(yùn)作效率的最大化。
例如，用Omniverse平臺(tái)可以提前規(guī)劃和優(yōu)化機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和物料的流動(dòng)；用Replicator生成數(shù)百萬(wàn)張合成的逼真圖像來(lái)改變環(huán)境紋理、方向、照明條件等，從而訓(xùn)練機(jī)器人去滿足不同的環(huán)境變化，加速整體的實(shí)驗(yàn)和決策過(guò)程。
在零售場(chǎng)景，美國(guó)第二大家居裝修零售集團(tuán)勞氏集團(tuán)利用數(shù)字孿生和AI來(lái)實(shí)現(xiàn)零售店的規(guī)劃。以前整個(gè)商店的運(yùn)營(yíng)復(fù)雜流程由各種不相連的商業(yè)專有3D和仿真工具組成，團(tuán)隊(duì)在跨部門的數(shù)據(jù)移動(dòng)和共享方面會(huì)遇到困難。
借助Omniverse，勞氏集團(tuán)在對(duì)店鋪進(jìn)行任何實(shí)際改變之前，就能測(cè)試和驗(yàn)證數(shù)千種產(chǎn)品的布局，用以往無(wú)法實(shí)現(xiàn)的方式將店鋪數(shù)據(jù)整合到一起。通過(guò)Omniverse的USD綜合管線來(lái)創(chuàng)建零售商店的數(shù)字孿生，零售店員和規(guī)劃者能夠?qū)崟r(shí)協(xié)作，解銷售業(yè)績(jī)并識(shí)別異常情況，同時(shí)能夠模擬商店的動(dòng)線和流量來(lái)訓(xùn)練AI模型、優(yōu)化機(jī)器人的導(dǎo)航，以及識(shí)別顧客何時(shí)需要幫助等等，進(jìn)而改進(jìn)零售店布局并提供更好的購(gòu)物體驗(yàn)。
在交通場(chǎng)景，德國(guó)鐵路局的數(shù)字孿生框圖，通過(guò)單一的真實(shí)數(shù)據(jù)源，可以用于檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)整個(gè)鐵路線網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)，來(lái)最大程度提高運(yùn)行的效率和速度，降低運(yùn)營(yíng)的成本。它們整個(gè)數(shù)字孿生的鐵路線網(wǎng)已經(jīng)覆蓋到5700座車站和33000公里。數(shù)字孿生系統(tǒng)還為訓(xùn)練完全自動(dòng)化的鐵路系統(tǒng)復(fù)雜的AI模型提供了一個(gè)很好的環(huán)境。
其數(shù)字孿生系統(tǒng)運(yùn)行在專為元宇宙數(shù)字孿生設(shè)計(jì)的OVX計(jì)算系統(tǒng)上。通過(guò)5G信號(hào)傳感器和邊云基站，數(shù)字孿生基站可以與現(xiàn)實(shí)世界的火車和鐵路連網(wǎng)進(jìn)行同步。如果火車上的攝像頭或激光雷達(dá)傳感器檢測(cè)到了潛在危險(xiǎn)，其精確位置可迅速傳遞給網(wǎng)絡(luò)中的其它火車，防止碰撞或者擁堵。如果站點(diǎn)AI計(jì)算機(jī)視覺(jué)攝像頭注意到其它異常問(wèn)題，也可以觸發(fā)事件來(lái)通知工作人員。同時(shí)智能傳感器在真實(shí)世界和由Omniverse Replicator生成的合成數(shù)據(jù)組合上進(jìn)行訓(xùn)練和優(yōu)化，確保AI模型面對(duì)任何情景都能夠感知、規(guī)劃和運(yùn)行。
在倉(cāng)儲(chǔ)場(chǎng)景，全球最大的電商平臺(tái)亞馬遜每天需要處理數(shù)千萬(wàn)個(gè)包裹，其200多個(gè)配送中心中需要超過(guò)50萬(wàn)臺(tái)移動(dòng)機(jī)器人來(lái)支持整個(gè)倉(cāng)庫(kù)的物流系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。亞馬遜機(jī)器人正利用Omniverse和Isaac Sim構(gòu)筑倉(cāng)儲(chǔ)中心的數(shù)字中心，來(lái)訓(xùn)練更智能的機(jī)器人助手，提高整體的生產(chǎn)力。
傳統(tǒng)過(guò)程無(wú)法將3D數(shù)據(jù)匯集到統(tǒng)一的管道和訓(xùn)練的模型中，同時(shí)沒(méi)有足夠的精確采集數(shù)據(jù)來(lái)支撐AI模型的訓(xùn)練和感知。構(gòu)建數(shù)字孿生系統(tǒng)，則可以將多個(gè)不同CAD應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)集中到高保真度的倉(cāng)儲(chǔ)中心數(shù)字孿生系統(tǒng)中心，通過(guò)數(shù)字仿真對(duì)各種軟硬件配置進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)的性能優(yōu)化和整體設(shè)計(jì)，通過(guò)生成合成數(shù)據(jù)來(lái)提升感知模型的訓(xùn)練精度，進(jìn)而優(yōu)化整體的運(yùn)營(yíng)效率。
在能源場(chǎng)景，西門子能源用NVIDIA Omniverse創(chuàng)建數(shù)字孿生，預(yù)測(cè)熱回收蒸汽發(fā)生器部件的腐蝕情況，并將計(jì)算所需時(shí)長(zhǎng)從以前的幾周縮短到幾小時(shí)。西門子還用Omniverse和Modulus框架來(lái)準(zhǔn)確模擬不同風(fēng)力渦輪機(jī)之間的影響，能將100個(gè)CPU集群要花1個(gè)月計(jì)算的效率提升4000倍以上，使得整個(gè)過(guò)程可達(dá)到偽流效應(yīng)的實(shí)時(shí)仿真，模擬不同風(fēng)力和天氣條件下的情況。
去年NVIDIA宣布和西門子進(jìn)一步擴(kuò)大合作，將西門子X(jué)celerator業(yè)務(wù)平臺(tái)和NVIDIA Omniverse連接，共同打造工業(yè)元宇宙。西門子是工業(yè)自動(dòng)化軟件基礎(chǔ)設(shè)施、建筑技術(shù)和交通領(lǐng)域的領(lǐng)先者，結(jié)合NVIDIA在加速圖形和AI領(lǐng)域的成果，使各種規(guī)模的工業(yè)客戶能夠構(gòu)建全保真設(shè)計(jì)閉環(huán)的數(shù)字孿生系統(tǒng)，帶來(lái)全周期流程和生產(chǎn)力的改進(jìn)。
結(jié)語(yǔ)：Omniverse，通往未來(lái)元宇宙之門的鑰匙
在元宇宙概念還未興起之時(shí)，NVIDIA已經(jīng)開(kāi)始為虛擬數(shù)字世界壘砌基石。在元宇宙經(jīng)歷了從爆火到降溫的轉(zhuǎn)變后，NVIDIA依然在有條不紊地按照一貫的節(jié)奏來(lái)推進(jìn)在元宇宙方面的布局。
NVIDIA的關(guān)注點(diǎn)在于數(shù)字世界如何基于真實(shí)世界里的物理特性進(jìn)行準(zhǔn)確的模擬仿真，以及數(shù)字世界和真實(shí)世界之間的連接交互，一切技術(shù)及產(chǎn)品布局都是圍繞此展開(kāi)，希望推動(dòng)數(shù)字孿生去解決不同行業(yè)的痛點(diǎn)。
而只要有痛點(diǎn)在，就有客戶需求和市場(chǎng)空間在，因此NVIDIA不會(huì)因?yàn)楦拍畹淖邿峄蚪禍兀Ｏ伦约涸谧龅氖虑椤?/p>
NVIDIA還在持續(xù)完善元宇宙的基礎(chǔ)建設(shè)，并相信整個(gè)生態(tài)所有成員會(huì)群策群力，一起去尋找元宇宙真正能夠落地并創(chuàng)造價(jià)值的方式，最終幫助整個(gè)人類社會(huì)共同進(jìn)步。
責(zé)任編輯：Rex_05
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