作者 | ZeR0

編輯 | 漠影

(資料圖片僅供參考)

隨著工業元宇宙浪潮席卷至汽車、零售等越來越多的行業，NVIDIA Omniverse平臺正成為這場新興數字革命基礎設施的“主角”。

基礎建設總是走在行業應用潮流的前面。如果說通用GPU計算架構CUDA是NVIDIA為AI時代準備的“殺手锏”，那么實時物理級準確世界模擬和3D設計協作平臺Omniverse就好比NVIDIA為元宇宙和數字孿生趨勢提前準備的“兵器庫”。

基于通用場景描述（USD），Omniverse簡化了復雜的3D工作流，讓身處不同時間、不同空間的設計師和開發者們能夠無縫高效協作，來一同構建大規模、物理級準確的虛擬世界。

在元宇宙概念還未被引爆之前，NVIDIA就已經開始針對構建虛擬世界的痛點著手相關的技術開發及儲備。從2019年首次公開介紹Omniverse平臺，到2021年發布Omniverse Enterprise，再到2022年推出Omniverse Cloud和OVX計算系統，NVIDIA的元宇宙布局逐漸清晰。

在元宇宙熱情的催化下，這些技術成果正快速從幕后走向臺前。崇尚技術導向、實用導向的NVIDIA，通過將其在圖形計算和人工智能（AI）領域長期積累的得天獨厚的優勢集合起來，提供全棧式解決方案，已經幫助越來越多企業一站式解決問題，給生產效率和質量帶來實質性的改善。

NVIDIA如何通過提高Omniverse平臺提高各行業的生產效率？它對工業元宇宙及數字孿生的發展趨勢有哪些觀察與預判？近日，NVIDIA技術專家與智東西等媒體進行深入交流。

一、推動元宇宙落地的四個必備元素

NVIDIA是怎么看待元宇宙的？據NVIDIA技術專家分享，元宇宙是互聯網的3D內容演變，當前互聯網內容以圖片、2D視頻、文字為主，而未來的互聯網傳輸內容中將出現大量的3D內容，這會讓現有行業產生新的演變。

元宇宙想落地，需要這幾個元素：

1、開放的標準。3D世界存在內容交互問題，在互聯網時代是HTML，3D內容時代則需要新的數據交互傳輸格式。

2、可擴展、可加速的時間精準的系統。可擴展的系統才能承載龐大的虛擬世界。元宇宙不像游戲用一個沙盒就可以運行，對于真實世界的模擬要更宏大，例如Earth-2數字孿生地球項目。

3、遵循物理世界的實時仿真。仿真有很多，但能做到實時的軟件并不多。

4、AI。幫助大量產生相應的3D數字內容，在虛擬世界中訓練相關的AI模型，再反饋、幫助部署到真實世界。

數字孿生需要虛擬數據集的單一實時來源。各種第三方軟件都有各自的格式，當匯總到同一個場景下時，數據難免會出現丟失。比如CAD的工程軟件轉成MESH文件，有些文件會莫名其妙消失，在傳遞過程中，或者每次升級部件，它的外觀有一些變化，沒有達到單一的實時來源。

Omniverse平臺便是為了打造遵循真實世界物理規則的虛擬世界而誕生的。它由USD、可擴展性、認證的硬件平臺以及不斷擴大的第三方生態系統組成，將光線追蹤、AI和實時渲染等各種復雜技術都集成到3D流水線中。

通用場景描述（USD）是NVIDIA Omniverse平臺的基石，其定義是虛擬世界的HTML。

它是各種不同來源的3D工作流能在Omniverse中實現互操作性的關鍵?？梢詫mniverse簡單理解成微軟Office365，就像Office365一樣包含很多不同的應用，USD則類似于Office365里的OneDrive，能將你的文件共享給每一個人，設定不同的權限。Omniverse能夠讀懂USD內容，幫助實現USD才能實現的一些功能。

這是一個分層的結構。以數字工廠場景為例，機器人臂、物流運輸的軌道、各種各樣的傳送物料等等，都可以是獨立的USD文件，結合在一起成為一個包含所有元素的世界級別的大USD文件。

單個文件里，比如針對機械臂，可以有傳感器、電信號、物理運動信息、光照信息、材質信息、幾何信息等，都是一個層級的文件，而且這些層級的文件在工作過程可以實現非破壞性工作流。

USD誕生于媒體娛樂行業，最早關心的是mesh幾何體的信息、光照、材質等等，但進入工業元宇宙應用場景下，時間線、GPS信息、IoT實時傳過來的信息等需要被記錄到USD格式里。這也體現了USD的可擴展性和開放性。NVIDIA在USD文件上投入了巨大的開發資源，想辦法打通各行業的3D軟件應用，不斷增加USD的功能，從而更好地支持元宇宙的落地。

由于Omniverse平臺需要更高的擴展性，NVIDIA也提供了自定義的開發管道，方便開發者隨時隨地進行低代碼開發。未來這個生態會越來越大，將引入更多的第三方軟件到Omniverse平臺上。

二、元宇宙硬件怎么選？NVIDIA專家分享指南

除了Omniverse外，NVIDIA跟合作伙伴還準備好了專為驅動大規模元宇宙和數字孿生應用而打造的硬件系統，包括NVIDIA OVX POD計算系統和經認證的第三方硬件。NVIDIA技術專家將OVX稱作“跑元宇宙的最佳應用實踐平臺”、“支持數字孿生的最優解”。

那么，什么樣的硬件可以把Omniverse軟件和平臺運行起來？用戶又該如何從琳瑯滿目的各式硬件產品中挑選到最適合自身需求的？NVIDIA技術專家對此給了一些參考建議：

個人用戶可以選擇NVIDIA認證的工作站。企業需要多人協作，有兩種選擇，一種是NVIDIA認證過的服務器，更大規模可以買NVIDIA OVX硬件產品平臺。如果希望在私有云里進一步擴大規模，則建議選擇Omniverse Cloud云服務，它可以被看作是一個由NVIDIA提供的軟件應用平臺，支持針對不同的用量來選擇不同的硬件。

簡單來說，大部分的主流功能都可以在NVIDIA服務器系統上實現，如果需要大幅擴展范圍，就需要考慮Omniverse Cloud。NVIDIA的優勢在于容器化部署，實現輕量化的客戶端，能打開客戶端網頁的設備，利用串流技術就可以輕松實現云渲染及云應用，非常便捷和輕量化。

大規模的數字孿生可以在OVX上運行。OVX產品經過了三代演變：OVX 1.0以A40為主；2.0升級了GPU和網絡硬件，網卡從CX6升級到CX7，GPU從A40升級到L40；3.0在GPU側沒有變化，在網絡方面增加了BlueField網卡，替代了其中一張ConnectX7，還增加了些安全功能。

傳統工作站通常最多插4塊GPU卡，而OVX底層GPU之間用InfiniBand技術互聯，單個服務器上有8卡，跨集群可以支持64塊卡，適合大場景多卡渲染設計。

Omniverse平臺匯集了一些NVIDIA根基深厚的核心底層技術，包括已發展20多年的RTX渲染、最強護城河CUDA、最近開源的PhysX以及NVIDIA所有的AI相關技術。在這之上，NVIDIA持續推出面向不同場景的新平臺、新功能和新服務，推動構建元宇宙應用的門檻一降再降。

談及未來數字孿生可能引入的新技術，NVIDIA技術專家非?？春?strong>AR、生成式AI和基于大型語言模型的應用。AR技術能讓參與者在參與未來數字孿生的過程中擁有沉浸式體驗，生成式AI技術可以低成本、高效、高保真度、高精度來生成數字孿生系統中所需要的3D資產，基于大型語言模型的應用能為可交付式元宇宙應用提供支持。

大模型與數字孿生結合的方向，可以是通過自然語言方式來改變傳統的交互方式，也可以將可視化圖像、視頻數據或視頻3D資產等相結合，統一到一個大的模型中，促進數字孿生整個應用的創建以及最后的運行和交付。

三、落地工業數字孿生，五個典型應用案例

在全球范圍內，很多大型企業已采用Omniverse平臺來構建數字孿生或工業元宇宙，成功的合作案例包括寶馬集團的數字工廠、亞馬遜的倉儲物流系統，還有一些在零售、交通、能源、電信等領域的領先企業應用案例。

面向工業數字孿生，NVIDIA的工作主要聚焦于三個方向：1、完全逼真的可視化，物理級精確的實時渲染；2、可編排、可自定義的3D工作流；3、合成數據生成。

在汽車制造領域，汽車生產制造是一項龐大工程，會涉及到成千上萬的零部件，并需要眾多工作人員協同開展工作。而通過將汽車產品開發工作流引入虛擬世界，汽車制造商優化整個工廠布局、機器人的開發和物流系統，經過虛擬世界評估和驗證后，再在現實世界進行部署，這樣就能規避傳統工作流存在的瓶頸，通過在虛擬環境中測試好各種材料和部件，節約時間和降低成本。

寶馬集團的數字孿生工廠可以說是Omniverse最經典的應用案例之一。寶馬計劃2025年投入運營的一個位于匈牙利德布勒森新的電動汽車工廠，通過利用包括在內Omniverse的綜合數字孿生平臺，現在已經能在虛擬工廠中對來自各種不同工業軟件的數據應用和全球不同地點的專業人員以統一的方式來實時同步協作，從而能夠實現汽車工廠運作效率的最大化。

例如，用Omniverse平臺可以提前規劃和優化機器人的運動和物料的流動；用Replicator生成數百萬張合成的逼真圖像來改變環境紋理、方向、照明條件等，從而訓練機器人去滿足不同的環境變化，加速整體的實驗和決策過程。

在零售場景，美國第二大家居裝修零售集團勞氏集團利用數字孿生和AI來實現零售店的規劃。以前整個商店的運營復雜流程由各種不相連的商業專有3D和仿真工具組成，團隊在跨部門的數據移動和共享方面會遇到困難。

借助Omniverse，勞氏集團在對店鋪進行任何實際改變之前，就能測試和驗證數千種產品的布局，用以往無法實現的方式將店鋪數據整合到一起。通過Omniverse的USD綜合管線來創建零售商店的數字孿生，零售店員和規劃者能夠實時協作，解銷售業績并識別異常情況，同時能夠模擬商店的動線和流量來訓練AI模型、優化機器人的導航，以及識別顧客何時需要幫助等等，進而改進零售店布局并提供更好的購物體驗。

在交通場景，德國鐵路局的數字孿生框圖，通過單一的真實數據源，可以用于檢測和實驗整個鐵路線網的網絡，來最大程度提高運行的效率和速度，降低運營的成本。它們整個數字孿生的鐵路線網已經覆蓋到5700座車站和33000公里。數字孿生系統還為訓練完全自動化的鐵路系統復雜的AI模型提供了一個很好的環境。

其數字孿生系統運行在專為元宇宙數字孿生設計的OVX計算系統上。通過5G信號傳感器和邊云基站，數字孿生基站可以與現實世界的火車和鐵路連網進行同步。如果火車上的攝像頭或激光雷達傳感器檢測到了潛在危險，其精確位置可迅速傳遞給網絡中的其它火車，防止碰撞或者擁堵。如果站點AI計算機視覺攝像頭注意到其它異常問題，也可以觸發事件來通知工作人員。同時智能傳感器在真實世界和由Omniverse Replicator生成的合成數據組合上進行訓練和優化，確保AI模型面對任何情景都能夠感知、規劃和運行。

在倉儲場景，全球最大的電商平臺亞馬遜每天需要處理數千萬個包裹，其200多個配送中心中需要超過50萬臺移動機器人來支持整個倉庫的物流系統運轉。亞馬遜機器人正利用Omniverse和Isaac Sim構筑倉儲中心的數字中心，來訓練更智能的機器人助手，提高整體的生產力。

傳統過程無法將3D數據匯集到統一的管道和訓練的模型中，同時沒有足夠的精確采集數據來支撐AI模型的訓練和感知。構建數字孿生系統，則可以將多個不同CAD應用程序的數據集中到高保真度的倉儲中心數字孿生系統中心，通過數字仿真對各種軟硬件配置進行驗證，實現倉庫的性能優化和整體設計，通過生成合成數據來提升感知模型的訓練精度，進而優化整體的運營效率。

在能源場景，西門子能源用NVIDIA Omniverse創建數字孿生，預測熱回收蒸汽發生器部件的腐蝕情況，并將計算所需時長從以前的幾周縮短到幾小時。西門子還用Omniverse和Modulus框架來準確模擬不同風力渦輪機之間的影響，能將100個CPU集群要花1個月計算的效率提升4000倍以上，使得整個過程可達到偽流效應的實時仿真，模擬不同風力和天氣條件下的情況。

去年NVIDIA宣布和西門子進一步擴大合作，將西門子Xcelerator業務平臺和NVIDIA Omniverse連接，共同打造工業元宇宙。西門子是工業自動化軟件基礎設施、建筑技術和交通領域的領先者，結合NVIDIA在加速圖形和AI領域的成果，使各種規模的工業客戶能夠構建全保真設計閉環的數字孿生系統，帶來全周期流程和生產力的改進。

結語：Omniverse，通往未來元宇宙之門的鑰匙

在元宇宙概念還未興起之時，NVIDIA已經開始為虛擬數字世界壘砌基石。在元宇宙經歷了從爆火到降溫的轉變后，NVIDIA依然在有條不紊地按照一貫的節奏來推進在元宇宙方面的布局。

NVIDIA的關注點在于數字世界如何基于真實世界里的物理特性進行準確的模擬仿真，以及數字世界和真實世界之間的連接交互，一切技術及產品布局都是圍繞此展開，希望推動數字孿生去解決不同行業的痛點。

而只要有痛點在，就有客戶需求和市場空間在，因此NVIDIA不會因為概念的走熱或降溫，而停下自己在做的事情。

NVIDIA還在持續完善元宇宙的基礎建設，并相信整個生態所有成員會群策群力，一起去尋找元宇宙真正能夠落地并創造價值的方式，最終幫助整個人類社會共同進步。

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