英伟达Omniverse：产业元宇宙杀手锏的应用场景

作者| Chenglin Pua（马来西亚）编审 | 于百程 排版 | 王纪珑琰

元宇宙在近两年得到极大关注，许多公司也都想成为第一个吃螃蟹的人，Meta是其中最激进的一个。除了Meta之外，英伟达（NVIDIA）也是一个非常激进的玩家。

Meta喜欢将社交与元宇宙结合起来，而英伟达想从产业角度引领“元宇宙即服务”潮流。英伟达表示，元宇宙未来会是英伟达主要的业务之一。英伟达的元宇宙布局当中，Omniverse平台是一个杀手锏。该平台非常强大，且在许多领域都有应用场景。

英伟达简介

英伟达创立于1993年1月，是一家以设计和销售图形处理器为主的无厂半导体公司。英伟达也会设计游戏机核心，例如Xbox和PlayStation。英伟达最出名的产品线是为个人与游戏玩家所设计的GeForce系列，为专业CGI工作站而设计的Quadro系列，以及为伺服器和高效运算而设计的Tesla系列。虽然起家于PC电脑的显示卡业务，英伟达也曾涉及移动晶片Tegra的设计，但智慧机市场对此响应不大，不过近年英伟达却利用这些研发经验，朝向人工智慧和机器视觉的市场发展，其也是图形处理器上重要的开发工具CUDA的发明者。

Omniverse的简介

Omniverse平台是专为虚拟协作与物理级准确的实时模拟打造的，由NVIDIA RTX 技术提供动力支持，实时协作的，易于扩展的开放式平台。在该平台上，创作者、设计师、研究人员和工程师能够连接主要设计工具、资产与项目，能够在共享的虚拟空间中协作和迭代。除此之外，开发者与软件提供商能够在Omniverse的模块化平台上轻松地构建和销售扩展程序、应用、连接器和微服务，以扩展其功能。

Omniverse可实现的效果包括了：

• 用户与应用程序间的实时协作，实现用户和主流行业3D 设计工具在单个交互式平台上实时整合，开发者不需要准备数据便可即时进行更新、迭代和更改，从而简化工作流程。

• 提供实时性的光线追踪效果，提供可扩展的、真实的实时光线追踪和路径追踪，让作品实时达到精美、物理属性准确和逼真的视觉效果。

• 实现模型可扩展性。开发者仅需构建一次模型，就能够实现在不同设备上渲染。

Omniverse的关键模块和功能包括了Omniverse Nucleus（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现形式的基本服务）、Omniverse Connect（接受外部更新并根据需要发布内部生成的更改的插件）、Omniverse Kit（构建本地Omniverse应用程序和微服务的工具包）、Omniverse Simulation（Omniverse Kit 的仿真插件或微服务）以及Omniverse RTX Renderer（支持Hydra架构的渲染器）

Omniverse的应用场景主要体现在5个方面：

• 建筑、工程和施工：在行业初始概念设计、全球协作、竞争与客户演示、快速设计评审阶段应用

• 制造业：在行业初始概念设计、加快迭代设计速度与实时生成每日样片、全球协作以及虚拟制作阶段应用

• 游戏开发：帮助游戏开发者更快地将游戏推向市场、管理扩展的资源库、简化3D 角色动画并重新定义视频游戏叙事

• 超级计算：在行业从多种来源导入素材、实时模拟平台、同时渲染2D 和3D 几何图形、发布电影级视觉效果产品等阶段应用

• 媒体和娱乐：应用于行业概念设计评审、供应商沟通、生产线机器人的AI 训练和模拟、庞大的交互式工厂布局数据集阶段

建筑、工程和施工：Digitale Schiene Deutschland构建数字孪生铁路网

来源：英伟达官网

Deutsche Bahn 铁路网由5700 个车站和33000 公里的铁轨组成，是西欧最大的铁路网。德国国家铁路运营商Deutsche Bahn 的子公司Digitale Schiene Deutschland（DSD）希望在不建造新铁轨的前提下提高铁路网的运载量。该公司正致力于打造强大的铁路系统，以便列车实现自动化，在彼此间距较小时安全运行，并通过网络以更佳方式进行操纵。

利用Omniverse，DSD 开始率先构建大型数字孪生全面模拟整个铁路网的自动列车运营。这需要对整个铁轨系统创建逼真且物理级精确的模拟。该模拟将包括在城市和农村中运营的铁轨，以及站台测量和车辆传感器等来源的数据详情。

借助Omniverse创建的AI 数字孪生，DSD可以开发强大的感知功能，构建预防事故与管理系统，以便在日常铁路运营期间以更好的方式检测和应对突发情况。该模拟不但增加了铁路上的交通量，也减少了交通运输领域的碳足迹。

制造业：Lowe’s打造交互式商店数字孪生以及优化体验

来源：英伟达官网

劳氏（Lowe’s）利用Omniverse打造交互式商店数字孪生。Lowe’s 是美国一家零售公司，旗下拥有超过2000 家门店。Lowe’s致力于帮助客户实现家居装饰梦想。Lowe’s 目前正在位于美国的两家门店中进行数字孪生测试，即使用Omniverse Enterprise 将商店的数字数据可视化并与之进行交互。最终使零售员工能够为客户提供更优质的服务，以全新方式进行协作并优化商店运营。

Lowe’s通过交互式数字孪生探索各种全新的AR用例，包括重新配置布局和补货支持、协作以及“X 光透视”。店员可佩戴Magic Leap 2与数字孪生进行交互。这种AR 体验能够帮助员工比较商店货架的应有外观与实际外观，并确保在其库存中配备适当的产品。

Lowe’s正在借助NVIDIA Omniverse 和AI 探索处理此流程的更高效的方法。就好比电子商务网站通过收集分析结果来优化客户的线上购物体验一样，数字孪生能够以全新方式查看销售业绩和客户流量数据，达到优化店内体验的目的。3D热图和可视化指标会显示经常被同时购买的商品之间的物理距离，可以帮助员工将这些商品陈列得更近。

借助历史订单和产品位置数据，Lowe’s可以通过Omniverse来模拟商店在使用不同陈列时的情形。借助Lowe’s Innovation Labs 创建的AI 虚拟形象，该零售商可以模拟客户和员工需要走多远才能取到想要同时购买的商品。

2022年9月，Lowe’s 在NVIDIA GTC 大会上宣布即将向其他Omniverse 创作者免费提供其家居装修库中的600 多件逼真的3D 产品素材，创作者可以在他们的虚拟世界中使用。

游戏开发：Omniverse ACE助力虚拟数字人

在2022年8月9日SIGGRAPH大会上，英伟达自家的元宇宙产品大放光彩，当中包括了云原生超级计算机（Omniverse ACE，Omniverse Avatar Cloud Engine）。Omniverse ACE建立在英伟达的统一计算框架之上，该框架提供了对丰富的软件工具和API的访问，从而利用高度逼真且可以进行互动的化身所需的各种技能。这些工具包括用于开发语音AI应用的Riva，用于计算机视觉和智能视频分析的Metropolis，用于高性能推荐系统的Merli，用于自然语言理解的大型语言模型的NeMo Megatron，以及用于AI动画的Omniverse。

Violet 是一个AI 赋能的客服助理，可以随时受理客户的订单，此类虚拟数字人未来也可以应用在游戏领域。利用传统方法构建一个虚拟数字人/虚拟形象通常需要昂贵的设备、特定的专业知识和耗时的工作流，因此，构建栩栩如生的虚拟形象是一项极具挑战性的工作。而Omniverse ACE 所提供了构建、自定义和部署交互式虚拟形象所需的所有AI 基础模块，以简化虚拟形象开发。在该演示中，Violet是一个具有基础动画且可完全操纵的虚拟形象。Omniverse ACE 能为交互式虚拟形象后端提供支持，本质上是充当Violet 的大脑。在开发过程中，Violet采用了Tokkio 应用工作流（赋能交互式虚拟形象以智能方式查看、感知、交谈并提供推荐以加强虚拟体验感）。

虚拟数字人Violet

超级计算：利用Omniverse平台进行科学计算，加速清洁能源的转型

德国新能源企业Siemens Gamesa Renewable Energy目前利用Omniverse平台为其风力电厂创建基于物理信息的数字孪生。Siemens Gamesa Renewable Energy在全球各地拥有数千台涡轮机，通过清洁能源为学校、家庭、医院和工厂提供照明。Omniverse平台将帮助Siemens Gamesa 加快计算速度，优化电厂布局，与先前的设计相比，此平台预计将使电厂的发电量提高20%。在2020 至2025 年期间，全球每年风力发电设备的安装量可能会提高四倍，因此，尽可能增加每台涡轮机的发电量比以往更加重要。

在全球清洁能源技术快速进步的推动下，如今在风能和太阳能转换系统中每投入的一美元所产生的电量要比十年前在同一系统上投入一美元时多4 倍。从利润角度来看，这对过渡到更绿色环保的地球有着具有巨大的影响。借助Omniverse平台，研究人员现在可以通过比传统方法快4000 倍的速度进行计算流体动力学模拟，并以高保真度查看模拟结果。

Siemens Gamesa 陆上数字产品组合经理Sergio Dominguez 表示，与英伟达的合作意义非凡，意味着在计算流体动力学等复杂领域，我们在最新算法开发的计算速度和部署速度方面迈出了一大步。

媒体和娱乐：创作者使用AI 创建具有歌唱功能的虚拟数字人

Anderson Rohr 是一名身处巴西南部的3D 多面手和自由视频剪辑师。Anderson Rohr在看到某位创作者使用NVIDIA Omniverse 和由AI 驱动的Audio2Face 应用为一个科幻人物的脸部制作动画并配上声音后，他就迫不及待地想要使用这项技术。最终Anderson Rohr 利用Omniverse制作了声音恐怖的《Bad Moon Rising》（20世纪60 年代Credence Clearwater Revival的曲目），并配上了使用自己声音进行的翻唱。

Anderson Rohr首先录制了自己的歌声，然后在Audio2Face 中打开该文件。Audio2Face只需一个旁白音轨或任何其他音源，就能立即为数字人生成富有表现力的面部动画。然后，Anderson Rohr 手动为角色的眼睛、眉毛和脖子制作动画，并对场景的照明进行调整。在使用Omniverse 之前，Anderson Rohr花在某些动画的渲染上的时间就长达300 小时；凭借Omniverse 及其用于各种软件应用的连接器可以实时完成渲染。

Anderson Rohr表示，“Omniverse 远远超出我的预期，而且没有扰乱我的工作节奏。我经常使用它，我希望我所创作的作品能够启发大家在虚拟制作、游戏、电影场景或任何其他创作项目中达到实时效果。”

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