利用OpenUSD和NVIDIA Omniverse開啟物理精確模擬世界AI新時(shí)代

數(shù)字化正在革新各行各業(yè)，旨在打破傳統(tǒng)邊界，加速技術(shù)融合，并推動(dòng)新的產(chǎn)業(yè)融合。數(shù)字化的時(shí)代，是一個(gè)物理實(shí)體和數(shù)字世界交融的時(shí)代。而 NVIDIA Omniverse 則是這一變革中的重要推動(dòng)者，通過連接數(shù)字與物理世界來賦能數(shù)字化進(jìn)程。

NVIDIA Omniverse：

AI 和數(shù)字化時(shí)代的橋梁，連接虛擬和現(xiàn)實(shí)

3D 世界正在迎來設(shè)計(jì)、模擬和 AI 進(jìn)步的新時(shí)代。NVIDIA Omniverse 是 NVIDIA 推出的一個(gè)易于擴(kuò)展的開放式計(jì)算平臺(tái)，專為虛擬協(xié)作和物理級(jí)精確的實(shí)時(shí)模擬打造。它能夠?yàn)閯?chuàng)作者、設(shè)計(jì)師、工程師提供一個(gè)共享的虛擬空間實(shí)現(xiàn)無縫協(xié)作，開發(fā)者和企業(yè)技術(shù)人員能夠基于 Omniverse 自定義和增強(qiáng)應(yīng)用程序，加速工作流程和項(xiàng)目。

自 Omniverse 平臺(tái)推出以來，NVIDIA 一直在持續(xù)更新、不斷迭代，使其能夠更加廣泛地賦能企業(yè)創(chuàng)新流程和數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

在 GTC 2024 大會(huì)上，NVIDIA 宣布將以 API 形式提供 NVIDIA Omniverse Cloud，將該全球領(lǐng)先的工業(yè)數(shù)字孿生應(yīng)用和工作流創(chuàng)建平臺(tái)的覆蓋范圍擴(kuò)展至整個(gè)軟件制造商生態(tài)系統(tǒng)。借助五個(gè)全新 Omniverse Cloud 應(yīng)用編程接口（API），開發(fā)者能夠輕松地將 Omniverse 的核心技術(shù)直接集成到現(xiàn)有的數(shù)字孿生設(shè)計(jì)與自動(dòng)化軟件應(yīng)用中，或是集成到用于測(cè)試和驗(yàn)證機(jī)器人或自動(dòng)駕駛汽車等自主機(jī)器的仿真工作流中。

同時(shí)，基于 Omniverse Cloud APIs 構(gòu)建的全新軟件框架，開發(fā)人員能夠輕松地將他們的 OpenUSD 工業(yè)場景從內(nèi)容創(chuàng)建應(yīng)用程序發(fā)送到 NVIDIA 圖形交付網(wǎng)絡(luò)（GDN），并將先進(jìn)的 3D 體驗(yàn)流式傳輸?shù)?Apple Vision Pro。

Omniverse 目前已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域獲得企業(yè)級(jí)采用，包括數(shù)字人創(chuàng)建、數(shù)字孿生工廠、自動(dòng)駕駛等。它不僅僅是一個(gè)簡單的軟件工具，而是連接物理和虛擬世界的橋梁，一個(gè)匯聚創(chuàng)意和技術(shù)的舞臺(tái)。

Omniverse 平臺(tái)的核心功能和特性主要包含以下幾個(gè)方面：

可擴(kuò)展的可視化和模擬：借助 NVIDIA RTX 和 AI 技術(shù)，Omniverse 能夠提供逼真的光線追蹤效果，創(chuàng)建全保真的產(chǎn)品可視化和模擬環(huán)境。無論是游戲開發(fā)、建筑可視化還是影視制作，都可以受益于 Omniverse 打造物理精度視覺效果帶來的出色體驗(yàn)。

數(shù)據(jù)互操作性：在 Omniverse 平臺(tái)中，可以解鎖無損、可互操作的工作流程，減少不同軟件和應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)傳輸和導(dǎo)入/導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)無縫集成。這意味著，無論用戶使用的是 Autodesk Maya，還是 Blender，或者是其他任何支持 Omniverse 的程序，都可以在 Omniverse 平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，無需擔(dān)心兼容性問題。

模塊化的生態(tài)系統(tǒng)和易于使用的開發(fā)工具：Omniverse 平臺(tái)采用靈活的模塊化平臺(tái)，用戶可以基于圖形或 Python 的低代碼，快速創(chuàng)建和部署自定義工作流程和應(yīng)用程序，而無需大量操作編程知識(shí)。

內(nèi)置人工智能：通過預(yù)測(cè)功能和自然語言處理能夠自動(dòng)執(zhí)行重復(fù)任務(wù)。從自動(dòng)駕駛汽車的仿真測(cè)試到機(jī)器人的行為編程，Omniverse 能夠提供一個(gè)安全的“試驗(yàn)場”。

OpenUSD：通往未來的 3D 生態(tài)系統(tǒng)

如果說 Omniverse 是橋梁，那么通用場景描述（OpenUSD）則是地基，它是 Omniverse 的基礎(chǔ)，是一個(gè)用于在 3D 世界中進(jìn)行描述、合成、仿真和協(xié)作的可擴(kuò)展框架和生態(tài)系統(tǒng)。

皮克斯在 2012 年推出了 USD（Universal Scene Description，通用場景描述），它是一款開放式 API 的通用場景描述工具，用于在虛擬世界中創(chuàng)建、編輯、查詢、渲染、協(xié)作和模擬真實(shí)世界的場景。

USD 于 2016 年開源，由于其具有各種強(qiáng)大的功能，它不僅在視覺效果領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，還應(yīng)用于建筑、工程、設(shè)計(jì)、零售、機(jī)器人、制造和其他領(lǐng)域。OpenUSD 不僅僅是一種文件格式，還是一個(gè)開放、強(qiáng)大、易于擴(kuò)展的世界組合框架，帶有用于在虛擬世界中進(jìn)行創(chuàng)建、編輯、查詢、渲染、模擬和協(xié)作的 API。

▲ OpenUSD 示意圖

展示了其作為一項(xiàng)大規(guī)模工業(yè)流程技術(shù)的強(qiáng)大功能

OpenUSD 之所以能夠成為開放標(biāo)準(zhǔn)，得益于其四大獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，作為 3D 數(shù)據(jù)建模和資源交換的強(qiáng)大利器，可實(shí)現(xiàn)高度可擴(kuò)展性，并滿足虛擬世界的需求。

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合成引擎

OpenUSD 的高效引用和分層功能使團(tuán)隊(duì)能夠?qū)?xiàng)目進(jìn)行實(shí)時(shí)無損編輯，并保留所有源內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)協(xié)作工作流程的迭代。這讓用戶可以通過該系統(tǒng)開展實(shí)時(shí)協(xié)作而不會(huì)相互影響。例如，一位藝術(shù)家在為一個(gè)場景建模的同時(shí)，其他藝術(shù)家可以為該場景打光。

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自定義模式

OpenUSD 的數(shù)據(jù)模型可通過自定義模式進(jìn)行擴(kuò)展，OpenUSD 已經(jīng)將幾何圖形和著色等核心模式做了綁定。NVIDIA 還與皮克斯和蘋果公司合作，創(chuàng)建了基于剛體物理運(yùn)動(dòng)的模式，并且還在探索其他自定義模式，以進(jìn)一步擴(kuò)展數(shù)字孿生和虛擬世界的生態(tài)系統(tǒng)。

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資產(chǎn)解析器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

OpenUSD 數(shù)據(jù)不會(huì)依賴于文件系統(tǒng)或與其他永久性存儲(chǔ)綁定，甚至可以按程序生成。這是由 OpenUSD 的插件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，該系統(tǒng)支持 NVIDIA Omniverse Nucleus 等資產(chǎn)解析器以及 OBJ 等文件格式。

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Hydra

Hydra 最初被設(shè)計(jì)為 OpenUSD 輸入場景圖與 RTX 等輸出渲染器之間的抽象層，現(xiàn)已演進(jìn)為用于處理組合場景圖和運(yùn)行時(shí)的通用框架。Hydra 的主要優(yōu)勢(shì)之一是它不與任何單一運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)布局緊密耦合，這讓 NVIDIA Omniverse 能夠?qū)⒔M合后的 OpenUSD 編譯為深度向量化的數(shù)據(jù)布局，即 Fabric。這就意味著，如果渲染器適配了 Hydra，就可以支持 OpenUSD。借助 Hydra，OpenUSD 可以為不同的渲染器諸如 Pixar Storm 和 RenderMan 等提供開箱即用的服務(wù)。

基于 OpenUSD 高度的靈活性、可擴(kuò)展、可協(xié)作及可定制化的特性，使得高保真和精確的模擬真實(shí)世界成為可能，未來的 3D 世界需要一個(gè)等同于 HTML 的方式來高度詳細(xì)地描述各個(gè)相互連接的應(yīng)用程序。NVIDIA Omniverse 是用于創(chuàng)建和操作元宇宙應(yīng)用程序的平臺(tái)，OpenUSD 是 NVIDIA Omniverse 的基礎(chǔ)。NVIDIA Omniverse 完全基于 OpenUSD 構(gòu)建，這是一個(gè)開放且可擴(kuò)展的生態(tài)系統(tǒng)，用于在 3D 世界中進(jìn)行合成、模擬和協(xié)作。

使用 Omniverse 和 OpenUSD 構(gòu)建工作流

NVIDIA 正在與合作伙伴和開源社區(qū)通力合作，以確保 USD 經(jīng)過優(yōu)化并為所有人開放使用，NVIDIA 與 Pixar、Adobe、Apple、和 Autodesk 共同成立OpenUSD 聯(lián)盟（AOUSD）并致力于促進(jìn) USD 的標(biāo)準(zhǔn)化、開發(fā)、演進(jìn)和發(fā)展。而隨著十多名新成員（Cesium、Chaos、Epic Games、Foundry、Hexagon、IKEA、Lowe's、Meta、OTOY、SideFX、Spatial 和 Unity）的加入，OpenUSD 的功能性和兼容性將進(jìn)一步提高，不僅支持構(gòu)建虛擬世界過程中的各種需求，如幾何體、攝像機(jī)、燈光和材質(zhì)等更加逼真的呈現(xiàn)，還完成了數(shù)字工具的全棧布局，成為 3D 互聯(lián)的中心樞紐。

從創(chuàng)建汽車工廠數(shù)字孿生到構(gòu)建自定義場景操作工具，以及高級(jí)動(dòng)畫制作，OpenUSD 和 Omniverse 正廣泛應(yīng)用于加速各種 3D 工作流程，包括應(yīng)用于 3D 模型生成、3D 敘事、AI 生成的數(shù)字藝術(shù)、自定義工具開發(fā)、工業(yè)數(shù)字化、多應(yīng)用協(xié)作等。