利用OpenUSD和NVIDIA Omniverse開啟物理精確模擬世界AI新時代

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，并推動新的產(chǎn)業(yè)融合。數(shù)字化的時代，是一個物理實體和數(shù)字世界交融的時代。而 NVIDIA Omniverse 則是這一變革中的重要推動者，通過連接數(shù)字與物理世界來賦能數(shù)字化進程。

NVIDIA Omniverse：

AI 和數(shù)字化時代的橋梁，連接虛擬和現(xiàn)實

3D 世界正在迎來設計、模擬和 AI 進步的新時代。NVIDIA Omniverse 是 NVIDIA 推出的一個易于擴展的開放式計算平臺，專為虛擬協(xié)作和物理級精確的實時模擬打造。它能夠為創(chuàng)作者、設計師、工程師提供一個共享的虛擬空間實現(xiàn)無縫協(xié)作，開發(fā)者和企業(yè)技術(shù)人員能夠基于 Omniverse 自定義和增強應用程序，加速工作流程和項目。

自 Omniverse 平臺推出以來，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)字孿生應用和工作流創(chuàng)建平臺的覆蓋范圍擴展至整個軟件制造商生態(tài)系統(tǒng)。借助五個全新 Omniverse Cloud 應用編程接口（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)字孿生設計與自動化軟件應用中，或是集成到用于測試和驗證機器人或自動駕駛汽車等自主機器的仿真工作流中。

同時，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)建應用程序發(fā)送到 NVIDIA 圖形交付網(wǎng)絡（GDN），并將先進的 3D 體驗流式傳輸?shù)?Apple Vision Pro。

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

Omniverse 平臺的核心功能和特性主要包含以下幾個方面：

可擴展的可視化和模擬：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。

數(shù)據(jù)互操作性：在 Omniverse 平臺中，可以解鎖無損、可互操作的工作流程，減少不同軟件和應用程序之間的數(shù)據(jù)傳輸和導入/導出，實現(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 平臺上實現(xiàn)聯(lián)動，無需擔心兼容性問題。

模塊化的生態(tài)系統(tǒng)和易于使用的開發(fā)工具：Omniverse 平臺采用靈活的模塊化平臺，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用程序，而無需大量操作編程知識。

內(nèi)置人工智能：通過預測功能和自然語言處理能夠自動執(zhí)行重復任務。從自動駕駛汽車的仿真測試到機器人的行為編程，Omniverse 能夠提供一個安全的“試驗場”。

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，是一個用于在 3D 世界中進行描述、合成、仿真和協(xié)作的可擴展框架和生態(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)作和模擬真實世界的場景。

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

▲ OpenUSD 示意圖

展示了其作為一項大規(guī)模工業(yè)流程技術(shù)的強大功能

OpenUSD 之所以能夠成為開放標準，得益于其四大獨特優(yōu)勢，作為 3D 數(shù)據(jù)建模和資源交換的強大利器，可實現(xiàn)高度可擴展性，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隊能夠?qū)椖窟M行實時無損編輯，并保留所有源內(nèi)容，實現(xiàn)協(xié)作工作流程的迭代。這讓用戶可以通過該系統(tǒng)開展實時協(xié)作而不會相互影響。例如，一位藝術(shù)家在為一個場景建模的同時，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行擴展，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動的模式，并且還在探索其他自定義模式，以進一步擴展數(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

OpenUSD 數(shù)據(jù)不會依賴于文件系統(tǒng)或與其他永久性存儲綁定，甚至可以按程序生成。這是由 OpenUSD 的插件系統(tǒng)實現(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 最初被設計為 OpenUSD 輸入場景圖與 RTX 等輸出渲染器之間的抽象層，現(xiàn)已演進為用于處理組合場景圖和運行時的通用框架。Hydra 的主要優(yōu)勢之一是它不與任何單一運行時數(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。

基于 OpenUSD 高度的靈活性、可擴展、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世界成為可能，未來的 3D 世界需要一個等同于 HTML 的方式來高度詳細地描述各個相互連接的應用程序。NVIDIA Omniverse 是用于創(chuàng)建和操作元宇宙應用程序的平臺，OpenUSD 是 NVIDIA Omniverse 的基礎。NVIDIA Omniverse 完全基于 OpenUSD 構(gòu)建，這是一個開放且可擴展的生態(tài)系統(tǒng)，用于在 3D 世界中進行合成、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 USD 的標準化、開發(fā)、演進和發(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、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，以及高級動畫制作，OpenUSD 和 Omniverse 正廣泛應用于加速各種 3D 工作流程，包括應用于 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、多應用協(xié)作等。