英伟达投数亿美金，Omniverse是怎样的存在？

    文/ VR陀螺 小钻风
    英伟达CEO黄仁勋:“科幻小说中的元宇宙已经近了。”
    在近段时间元宇宙(Metaverse)倍受关注的时候,英伟达在本届GTC大会宣布,将推出面向企业的实时仿真和协作平台Omniverse ,一个被称为“工程师的元宇宙”的虚拟工作平台。 Omniverse 去年10月推出测试版,超过17,000名客户进行了测试体验,包括宝马、爱立信、沃尔沃、Adobe、Epic Games在内的众多公司都正在与Omniverse合作。
    GTC大会上,英伟达首席执行官黄仁勋对Omniverse进行了展示,并表示Omniverse可以让个人模拟制造出遵从物理规律的共享3D虚拟世界。
    英伟达媒体和娱乐部门的负责人Richard Kerris在新闻发布会上提到,英伟达已经为此花费了数年时间和数亿美元。
    那Omniverse到底是怎样的存在,让英伟达进行如此大的投入?
    基于皮克斯USD生长出的Omniverse
    英伟达这样一家发明了GPU,以设计显示芯片和主板芯片为主的人工智能计算公司推出Omniverse,还要从皮克斯这家因动画为人所熟知的公司说起。
    皮克斯曾出品的《机器人总动员》、《飞屋环游记》等众多经典动画,这些优质动画拥有丰富而又复杂的3D场景,集合了成千上百位艺术家的工作。
    而在动画的制作流程中,不同的分工会涉及不同的设计软件工具,因此在进行协同时,需要进行格式转换等繁琐的工作。
    为了解决这个问题,皮克斯制作了能够对这些场景进行统一的格式USD(通用场景描述,Universal Scene Description),不同软件制作的3D内容可以统一使用USD格式。
    USD不仅仅是统一的3D场景格式,它还拥有一系列扩展功能,比如USD分层,其功能类似于PS中的图层,每位艺术家可以拥有自己的图层,在互相干扰的情况下对同一个场景进行处理。
    这样一来,大大提高了协同工作的效率,节省了成本与时间。
    2016年皮克斯对USD实施了开源,自此,所有人都可在Github上免费获取USD代码并加以应用。
    很快USD被电影行业内众多公司所采用,比如梦工厂使用USD创作《驯龙高手3:隐秘的世界》。而后又向游戏、建筑、制造业等多个行业扩展,英伟达便是其中一个,曾使用USD建造虚拟世界等。
    2016年皮克斯展示USD时英伟达仿真技术副总裁Rev Lebaredian在场,他表示USD的现场实时演示启发了他们,并最终诞生了以USD为核心的英伟达Omniverse。
    Omniverse是一个完全围绕USD构建的应用程序,它与USD最重要不同之处在于,英伟达通过USD,利用Connector工具将Omniverse与不同软件、工具整合起来,能够支持多用户实时协作。USD虽然可支持协同合作,但大多数的协作却并非是实时的。
    在Omniverse中进行操作,比如调节灯光、移动物体等,都是对USD文件进行直接修改。
    此外,USD支持工具之间进行资源的共享,用户可在Omniverse上通过同步工作流程以USD为基础进行创作。
    Omniverse在USD的虚拟上增加了元宇宙概念,用户在虚拟世界中进行协同工作,建造数字孪生世界,比如进行汽车、制造、建筑的设计制造等,进一步将USD的价值从媒体与娱乐应用程序中解放出来,向建筑、制造等工业领域迈进。
    为了让USD达到更佳的使用效果,Omniverse集成了英伟达的技术优势。
    Omniverse系统的构成与广泛应用
    除了基于USD外,英伟达的Omniverse主要结合了NVIDIA RTX,英伟达创建的图形平台,帮助应用快速模拟物理环境,让Omniverse成为了一个强大的多GPU实时仿真、协作平台。 据介绍,Omniverse由5个关键部分组成:Nucleus、Connect、Kit、Simulation和RTX Renderer。这些组件与连接的第三方数字内容创建(DCC)工具以及附加的连接的Omniverse微服务一起构成了完整的Omniverse生态系统。
    
    图源:英伟达
    Omniverse Nucleus:提供一组基本服务,这些服务允许各种客户端应用程序、渲染器和微服务共享和修改虚拟世界的表示形式。
    Omniverse Connect库:被作为插件分发,使客户端应用程序可以连接到Nucleus并发布和订阅无论是单个资产还是整个世界。当需要同步时,DCC插件将使用Omniverse Connect库来应用外部接收的更新,并根据需要发布内部生成的更改。
    Omniverse Kit:是用于构建本地Omniverse应用程序和微服务的工具包。它建立在一个基本框架上,该框架通过一组轻量级扩展提供了多种功能。这些独立扩展是使用Python或C ++编写的插件。
    Simulation:Omniverse中的仿真由英伟达一系列技术作为Omniverse Kit的插件或微服务提供。作为Omniverse一部分进行分发的首批仿真工具是英伟达的开源物理仿真器PhysX,该仿真器广泛用于计算机游戏中。 
    RTX Renderer:新的Omniverse RTX视口是Omniverse支持符合皮克斯Hydra架构的渲染器之一,它利用Turing和下一代NVIDIA架构中的硬件RT内核进行实时硬件加速的光线跟踪和路径跟踪。
    此外,英伟达针对不同类型用户构建了可在Omniverse软件中使用的不同类型的Omniverse应用,包括为建筑、工程和施工专业人员设计的Omniverse View;为媒体、娱乐和制造/产品设计行业的设计师、创作者和专家设计的Omniverse Create;为3D深度学习研究人员设计的Omniverse Kaolin等。 未来还会发布AI驱动的面部动画应用程序Omniverse Audio2Face,为GeForce RTX游戏玩家开发的Omniverse Machinima,以及用于机器人开发的Isaac Sim 2021．1。
    不同领域的创作者、工程师、设计师等可以通过Omniverse Connectors在这些不同的应用间并行工作。
    去年10月,Omniverse开启公测后,已有超过17,000名客户进行了测试体验,多个领域的全球领导企业采用了Omniverse。
    宝马集团是第一家使用Omniverse设计整个工厂的端到端数字双胞胎的汽车制造商,Omniverse模拟出完整的工厂模型,包括员工、机器人、建筑物,装配部件等,让全球生产网络中数以千计的产品工程师、项目经理、精益专家在虚拟环境中进行协作,在真实生产新产品前,完成设计、模拟、优化等一系列复杂的过程。据称效率提升了30%。
    此外,沃尔沃利用Omniverse进行汽车设计;爱立信通过Omniverse模拟 5G无线网络;英国建筑设计公司Foster + Partners利用Omniverse实现跨14个国家的团队无缝协作．．．．．． 在虚拟世界中进行实时协作的Omniverse以其高效、低成本特征,在各个领域得到大规模的快速应用,元宇宙在Omniverse的推动下率先在工业领域有了切实的落地。
    真正将虚拟世界的协同落到实处的Omniverse
    Omniverse被称为工程师的元宇宙,工程师们可以在其中进行机器人、汽车、工厂等各类事物的模拟制作,从某种程度上看,可以将其视作数字孪生的高阶版。 数字孪生很早便被政企等应用到工作生产中,比如地铁、机场等都曾采用三维仿真技术打造数字孪生,以进行更加直观的展示,并可通过3D建模进行预演以达到降低成本的效果。
    而英伟达的Omniverse在此基础上加高了技术优势(更精准的仿真、更优质的渲染等),集成了USD的通用3D场景格式,以及多用户实时协同功能,将数字孪生打造成工业领域的元宇宙,进一步提升了协同工作所带来的效率与便利性。
    前不久,微软推出了多人XR应用开发工具Mesh,其关键理念同样是在虚拟的世界中跨时间、跨时空协作。
    虽然两者的虚拟世界呈现方式不同,但同样提供虚拟世界协作英伟达通过Omniverse已经实现了大规模的落地,为多个领域的多家公司所采用。
    因此目前来看,基于三维仿真的虚拟世界虽然与XR相比缺乏真实性与沉浸感,但它拥有更加实际的落地可能,能够更快速地投入实际使用,这是元宇宙与实际应用最接近一次。
    结语
    英伟达通过Omniverse,将虚拟世界带入了更广泛的实际生产中,进一步解放了生产力,让元宇宙概念有了真正意义上一定程度的落地,并且现实了多个领域的降本增效。
    随着元宇宙越来越受追捧,并被像英伟达这样的实力大厂真实应用到社会生产中,虚拟的未来世界或许已离我们越来越近。