NVIDIA Omniverse : AI 和數字化時代的橋梁，連接虛擬和現實

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，專為虛擬協作和物理級精確的實時模擬打造。它能夠為創作者、設計師、工程師提供一個共享的虛擬空間實現無縫協作，開發者和企業技術人員能夠基于 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 一直在持續更新、不斷迭代，使其能夠更加廣泛地賦能企業創新流程和數字化轉型。

在 GTC 2024 大會上，NVIDIA 宣布將以 API 形式提供 NVIDlA Omniverse? Cloud，將該先進的工業數字孿生應用和工作流創建平臺的覆蓋范圍擴展至整個軟件制造商生態系統。借助五個全新 Omniverse Cloud 應用編程接口（API），開發者能夠輕松地將 Omniverse 的核心技術直接集成到現有的數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 構建的全新軟件框架，開發人員能夠輕松地將他們的 OpenUSD 工業場景從內容創建應用程序發送到 NVIDIA 圖形交付網絡（GDN），并將先進的3D 體驗流式傳輸到 Apple Vision Pro。

Omniverse 目前已經在多個領域獲得企業級采用，包括數字人創建、數字孿生工廠、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，一個匯聚創意和技術的舞臺。

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，Omniverse 能夠提供逼真的光線追蹤效果，創建全保真的產品可視化和模擬環境。無論是游戲開發、建筑可視化還是影視制作，都可以受益于 Omniverse 打造的物理精度視覺效果帶來的出色體驗。
• 數據互操作性：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據傳輸和導入/導出，實現無縫集成。這意味著，無論用戶使用的 Autodesk Maya，還是 Blender，或者是其他任何支持 Omniverse 的程序，都可以在 Omniverse 平臺上實現聯動，無需擔心兼容性問題。
• 模塊化的生態系統和易于使用的開發工具： 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。
• 內置人工智能：通過預測功能和自然語言處理能夠自動執行重復任務。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 生態系統

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、仿真和協作的可擴展框架和生態系統。

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建、編輯、查詢、渲染、協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建、編輯、查詢、渲染、模擬和協作的 API。

▲ OpenUSD 示意圖 展示了其作為一項大規模工業流程技術的強大功能

OpenUSD 之所以能夠成為開放標準，得益于其四大獨特優勢，作為 3D 數據建模和資源交換的強大利器，可實現高度可擴展性，并滿足虛擬世界的需求。

• 合成引擎

OpenUSD 的高效引用和分層功能使團隊能夠對項目進行實時無損編輯，并保留所有源內容，實現協作工作流程的迭代。這讓用戶可以通過該系統開展實時協作而不會相互影響。例如，一位藝術家在為一個場景建模的同時，其他藝術家可以為該場景打光。

• 自定義模式

OpenUSD 的數據模型可通過自定義模式進行擴展，OpenUSD  已經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，以進一步擴展數字孿生和虛擬世界的生態系統。

• 資產解析器和數據存儲

OpenUSD 數據不會依賴于文件系統或與其他永久性存儲綁定，甚至可以按程序生成。這是由 OpenUSD 的插件系統實現的，該系統支持 NVIDIA Omniverse? Nuclues 等資產解析器以及 OBJ 等文件格式。

• 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 的主要優勢之一是它不與任何單一運行時數據布局緊密耦合，這讓 NVIDIA Omniverse 能夠將組合后的 OpenUSD 編譯為深度向量化的數據布局，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 構建，這是一個開放且可擴展的生態系統，用于在 3D 世界中進行合成、模擬和協作。

使用 Omniverse 和 OpenUSD 構建工作流

NVIDIA 正在與合作伙伴和開源社區通力合作，以確保 USD 經過優化并為所有人開放使用，NVIDIA 與 Pixar、Adobe、Apple、和 Autodesk 共同成立 OpenUSD 聯盟（AOUSD）并致力于促進 USD 的標準化、開發、演進和發展。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、燈光和材質等更加逼真的呈現，還完成了數字工具的全棧布局，成為 3D 互聯的中心樞紐。

從創建汽車工廠數字孿生到構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 生成的數字藝術、自定義工具開發、工業數字化、多應用協作等。

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