【技術應用】工業(yè)元宇宙中的計算機輔助工程（1/3）

對許多人來說，“元宇宙”（Metaverse）這個概念的含義各不相同。這并不奇怪，因為 “元宇宙 ”正在從一個概念向更具體的東西過渡。盡管這個詞早在 1992 年就由作家尼爾-史蒂芬森（Neal Stephenson）提出，但直到現(xiàn)在我們才看到元宇宙解決方案的出現(xiàn)。從游戲到商業(yè)，從社交到工業(yè)，元宇宙將以各種方式對我們的生活產(chǎn)生根本性的影響。計算輔助工程（CAE）也是如此。它是什么或可能是什么?Meta 源自希臘語，意為 “在......之后 ”或 “超越......”，但作為后綴使用時，可被理解為 “超越”、“更全面 ”或最近的 “自指”（如 metamodel，模型的模型）。當前綴為 “宇宙”（Universe）時，可以理解為 “自我參照的世界”（self-referenced world）?？紤]到這一術語已有 30 多年的歷史，而且我們世界的數(shù)字化進程也是最近才加速的，它的預言性令人吃驚。一個持久的鏡像世界，一個反映現(xiàn)實的空間，一個并存的虛擬呈現(xiàn)，一個數(shù)字孿生的天然家園。無所不包單一的元宇宙不太可能占據(jù)主導地位，而是會有適合不同任務的不同表現(xiàn)形式。當然，它們會共享共同的技術、基礎設施和標準，但會針對不同的目的而量身定制?！?br />

游戲

不出所料，游戲的發(fā)展最為迅猛，這已經(jīng)不是第一次了。大型多人在線（MMO）游戲，如《魔獸世界》，估計吸引了 800 萬玩家，其交互式 3D 圖形引人注目（盡管并非逼真）。我的世界擁有驚人的 1.4 億用戶，可以說是有史以來最成功的游戲。這是一款可以構(gòu)建三維世界的沙盒游戲，玩過這款游戲的孩子可能都知道，它是孩子們創(chuàng)新和想象力的絕佳出口。

在《我的世界》中的構(gòu)建世界其他游戲如《使命召喚》、《俠盜獵車手》、《堡壘之夜》以及當今幾乎所有其他角色扮演游戲都采用了先進的圖形處理技術和最新的 3D 可視化技術。這些游戲在很大程度上都是虛擬世界，人們可以在其中棲息并互動（盡管往往不是真實世界的完全復制品）?！?br />

社交

成功的社交互動元宇宙尚未出現(xiàn)。2003 年發(fā)布的 “第二人生”（Second Life）是一個三維世界，在這個世界里，你的化身可以做任何想做的事，沒有任何既定目標，到現(xiàn)在有7000萬注冊用戶，日活超過20萬。與 Facebook 每天約 20 億的用戶相比，它只能算是不成功的。

歡迎來到第二人生

2021年，F(xiàn)acebook更名為“元平臺”，扎克伯格宣布致力于元宇宙。兩年后，在虧損約100億美元后，他宣布將重心轉(zhuǎn)移到人工智能上。也許VR硬件還不夠先進，也許是市場對三維虛擬社交互動的價值認識不足，也許只是因為 “元地平線世界 ”化身化身缺少腿？微軟似乎也已經(jīng)從之前的興奮點上轉(zhuǎn)移了注意力，而蘋果則對其元宇宙計劃守口如瓶，盡管正在大力推進其AR硬件?！?/p>

商業(yè)

互聯(lián)網(wǎng)徹底改變了零售體驗，目前電子商務占美國銷售總額的 15% 至 20% 。元宇宙通常被認為是互聯(lián)網(wǎng)的下一步進化，因此人們認為零售模式也會隨之改變。但問題是，元宇宙零售體驗能提供什么附加價值？三維虛擬世界能提供什么現(xiàn)有在線購物體驗所不能提供的東西？顯然相對較少，除非這種體驗能更好地連接虛擬世界和實體世界，如虛擬房地產(chǎn)開放日、前往新目的地（甚至不同時間）的體驗、在不同地點騎自行車健身等。這并不是說元宇宙中沒有金錢（真實的或其他的）交易。使用虛擬貨幣進行游戲內(nèi)購買已經(jīng)司空見慣，數(shù)字資產(chǎn)也可以利用區(qū)塊鏈技術實現(xiàn)貨幣化，不過 2020 年人們對不可篡改的代幣 “藝術品 ”的興奮之情如今已蕩然無存。虛擬房地產(chǎn)可以在 Decentraland 和 The Sandbox 等元宇宙中購買，但目前的驅(qū)動力主要是投機。

沙盒中的房產(chǎn)

工業(yè)元宇宙與所有其他類型不同，我們將工業(yè)元宇宙定義為:

“它將是一個永遠在線（持久）的世界，允許無限多的人和資產(chǎn)（并發(fā)）互動，并提供完全沉浸在基于物理、照片級真實感的實時模擬中。在這個數(shù)字環(huán)境中，人們可以打破距離的障礙，跨越國家和大陸進行合作，實現(xiàn)全新水平的協(xié)作?！?/p>

無論是設計、生產(chǎn)還是運行，都是現(xiàn)實的真實寫照。這段視頻清楚地概括了一個典型的例子，以代替更詳細的描述:Siemens FREYR Industrial Metaverse Showcase (Sound ON)175 年來，西門子一直是工業(yè)技術的先驅(qū)，工業(yè)元宇宙也不例外。那么，CAE 又如何呢?盡管是一個虛擬世界，但工業(yè)元宇宙（簡稱 “IM”）必須符合現(xiàn)實世界的物理行為。任何 IM 資產(chǎn)（數(shù)字孿生）都必須以物理為基礎，并最終實現(xiàn)實時性。CAE 根植于物理仿真，無論是結(jié)構(gòu)仿真、空氣動力學仿真、流體力學仿真還是熱仿真等，因此在其中發(fā)揮著核心作用。如今，CAE 的主要應用是在產(chǎn)品設計階段，即從概念構(gòu)思到簽批生產(chǎn)的階段。在這一階段，沒有物理實物，純粹是隨后要制造的產(chǎn)品的數(shù)字孿生。物理仿真的保真度應能準確預測其行為，以便確定概念架構(gòu)、進行權衡，直至驗證其行為是否符合要求。與準確性相比，實時模擬的驅(qū)動力要小一些。即便如此，在這一階段，即時信息仍可在協(xié)作設計審查方面發(fā)揮作用，針對一系列不同的工作角色，在更廣泛的的照片級真實感3D操作環(huán)境中，與預先求解的產(chǎn)品概念模擬進行交互。下面是一個例子：
SIMROD 的瞬態(tài) Simcenter FLOEFD 結(jié)果，NVIDIA Omniverse 動畫演示

雖然上面是一個渲染動畫，但可以由多人同時加載其中的三維場景，每個人都可以從任何角度查看、檢查幾何圖形和結(jié)果，并導航到瞬態(tài)過程中的任何一點。協(xié)作式設計審查將不同的工程和管理職能匯集到一個空間，從而加快設計決策過程。

在本系列文章的下一部分，我們將進一步闡述 IM 是什么和不是什么、在 IM 環(huán)境中呈現(xiàn) CAE 結(jié)果的過程，并展望未來的實時高保真 IM 仿真。想要了解更多Simcenter產(chǎn)品信息，歡迎聯(lián)系貝思科爾！

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