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聚焦AI、拓展API、加速生态,NVIDIA亮出面向全面数字孪生的“新三板斧”

2024-06-18e-works王聪

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在3月的GTC大会期间,NVIDIA以API的形式提供了Omniverse Cloud,进一步扩展其生态系统,并深化了与全球领先软件制造商的生态合作。
       随着产品开发、制造和业务流程的复杂性持续增长,企业拥抱数字化进程的速度正在加快。数字孪生、人工智能等技术能够帮助企业在数字化之旅中获得更高的成熟度,形成生成式设计、敏捷制造、闭环优化等革新能力。基于OpenUSD(Universal Scene Description,通用场景描述)通用、实时、可互操作的特点,NVIDIA Omniverse平台能够快速完成对工业资产、流程或环境的全面数字孪生,为用户创造一个实时、协作、共享的沉浸式数字世界。在这个环境中,团队成员之间的各种研发工具和数字创作平台被无缝打通,设计概念可以更快、更直观的分享,进而推动未来创新。

       对于制造业用户而言,NVIDIA Omniverse平台旨在实现高灵活性和可扩展性。在3月的GTC大会期间,NVIDIA以API的形式提供了Omniverse Cloud,进一步扩展其生态系统,并深化了与全球领先软件制造商的生态合作,使用户能够在产品创新设计、生产工艺规划、工厂物流仿真、汽车配置与自动驾驶等领域,通过数字孪生实现大规模实时AI的开发、测试和应用,并与工业基础设施深度融合,提升企业数字化转型升级进程,为企业节省大量时间和成本。

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图 NVIDIA深化与全球领先的软件制造商生态,为众多工业数字孪生软件工具提供助力

协同---NVIDIA Omniverse平台的支柱

       近年来,伴随着数字化转型在各行各业形成共识,数字孪生应用需求大规模爆发,表现为从最初的单点探索应用转向行业全生命周期的全面渗透,应用前景和应用价值有望得到进一步释放。作为物理对象或产品的虚拟表示,数字孪生可以包括设计、仿真以及其他模型,这些模型随着产品、过程或其他物理对象的不断成熟而持续演变。特别是AI技术的加持下,这些模型能够在现实世界和数字孪生环境之间实现自主反馈回路,从而不断重复训练和优化AI,使模型更加逼真、真实。

       例如在产品设计阶段,研发工程师可以凭借生成式设计方式,在输入约束条件的情况下,由AI创造出满足功能要求的产品,并通过数字孪生映射到物理环境中得到测试和验证;在工厂规划阶段,生产运营人员可以借助数字孪生覆盖整个产品和流程生命周期,通过AI完成工厂物流规划,实现供应链的优化;在产品服务阶段,通过将真实世界的运营数据反馈至设计和生产过程,可以不断提高质量、效率,并快速响应客户需求和市场条件。

       但不可否认的是,企业在推进数字孪生和AI相结合时,一个绕不过去的“坎”就是如何保证各个数字工具、信息系统和平台之间动态数据模型的一致更新和功能性孪生?如何实现建模、渲染、仿真、可视化等各个功能及场景之间的协作和互连?这其中,联接各种工业软件的应用集成和异构数据交互则成为第一步。由于数字孪生的特征就是虚实的交互融合,这种交互的一致性、实时性、可靠性背后则需要Omniverse平台基于OpenUSD的通用语言,去完成多种工具和异构数据的整合。

       作为一种开源通用场景描述框架,OpenUSD可实现工具、数据和工作流之间的强大互操作性,使NVIDIA Omniverse成为了企业多工具流“一站式”解决平台。例如在对一个超大型仓储空间(10 万平方英尺)进行物流规划时。Omniverse平台拥有Metropolis、Isaac和cuOpt等软件,能够完成多个数字人、自主移动机器人(AMR)、视觉AI智能体和传感器的仿真环境。这其中,NVIDIA Isaac Perceptor多传感器栈使每个AMR能够处理六个传感器的视觉信息,并将其汇聚到Omniverse平台中进行仿真;NVIDIA Metropolis则在Omniverse平台中搭建好一个集中式地图,将整个仓库中模拟安装在天花板的100多个摄像头数据进行整合;借助NVIDIA cuOpt优化AI微服务引擎,上述数据可以计算出最优AMR路径,以解决复杂的路径问题;与此同时,NVIDIA Isaac Mission Control则负责实时协调整个车队,发送和执行AMR命令。
 

图 在基于Omniverse平台构建的数字孪生仓库中进行路径规划

       对于工厂设计、工艺规划和运营人员而言,Omniverse平台并不会改变其工作习惯,他们仍然可以在自己喜欢且擅长的3D软件程序中进行工作,然后通过专用的连接器或是API将数据导入到Omniverse中,在统一平台上进行实时协作,完成创建、编辑、查询、渲染并生成数字孪生。例如负责物流规划的人员可以选中包含仓库布局的CAD数据等源文件,将其汇总并一键输出到Omniverse Nucleus中的结构化USD项目中。运营人员可以直接调用文件、调整文件的有效性、更新参考文件并确保项目文件的实时性,整个团队都可以在虚拟仓库中进行交互,让整个物流系统更加科学、智能和数字化。

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图 团队成员通过Omniverse平台实现数字孪生体下物流系统的共同建设

       值得一提的是,在AI技术的加持下,整个仓库的数字孪生体能够更加从容的应对现实世界中突发的各种状况。例如当原来的物流路径出现一场事故后,NVIDIA cuOpt会自动规划出新的路径,AMR随即做出相应响应,充分实现智能化决策,降低受影响的时间。
 

图 Omniverse平台融入AI完成数字孪生仓库突发事件的智能化决策

创新---持续拓展API接口丰富数字孪生场景

       可以看出,作为一个支撑平台,Omniverse具有广泛的开放性,无论是大型仓库、数字人、AMR还是其他数字孪生体,Omniverse平台致力于帮助用户更快的完成协同设计、端到端设计,更简单、更快速、更逼真地把整个数字模型复现出来,帮助企业优化、创新和提供数字孪生服务。

       为了帮助用户推进数字孪生应用,随时随地化灵感为现实,从Omniverse平台发布之日起,NVIDIA就在持续优化并拓展API接口能力,包括加速地理空间数据模型、度量组件、SimReady、OpenUSD标准等。例如针对上层应用,Omniverse提供了Omniverse Nucleus(便捷的数据库和协作引擎)、Omniverse Connector(实现各种软件应用互连的连接器)、Omniverse KIT(基于微服务的自定义SDK开发)等核心组件。在2024春季GTC大会期间,NVIDIA发布了五个全新的Omniverse Cloud API(应用编程接口),使用户能够更加轻松地将Omniverse的核心技术直接集成到现有的数字孪生设计与自动化软件应用中,或是集成到用于测试和验证机器人或自动驾驶汽车等自主机器的仿真工作流中。

       ·USD Render:生成OpenUSD数据的全光线追踪NVIDIA RTX渲染;

       ·USD Write:让用户能够修改OpenUSD数据并与之交互;

       ·USD Query:支持场景查询和交互式场景;

       ·USD Notify:追踪USD变化并提供更新信息;

       ·Omniverse Channel:连接用户、工具和世界,实现跨场景协作;

       这些全新的云API进一步完善了Omniverse平台,为用户提供丰富的模拟工具与应用的开发者生态系统。在使用过程中,各种API组件能够赋予Omniverse平台极高的灵活性与协作性,多种功能结构将Omniverse打造成应用、连接器、服务、扩展程序和渲染器的结合体。例如USD Render中的全光线追踪能够传递逼真的物理性质、材质、照明、渲染效果,用户可以结合AI创造更多高质量帧,进而开启一个想象力丰富的高保真数字世界。

生态---将单点突破提升为整个价值链的共振

       在描绘企业数字化的未来图谱过程中,NVIDIA一直坚持初心,将加快创新步伐、提升生产效率作为推动工业数字化转型升级的方向。在深化生态合作,融合应用创新方面,全球越来越多的大型工业软件制造商正在将Omniverse Cloud API加入到其软件组合中,包括Ansys、Cadence、达索系统旗下3DEXCITE品牌、Hexagon、微软、罗克韦尔自动化、西门子和Trimble等。

       早在2年前,NVIDIA就和西门子就通过连接NVIDIA Omniverse和西门子Xcelerator平台共同推动数字孪生应用,通过连接从边缘到云的各种软件定义AI系统,大幅度提升物理实体性能和运行绩效的综合性技术策略。伴随着双方合作的不断深化,西门子将NVIDIA 加速计算、生成式AI和Omniverse引入其更多的Siemens Xcelerator产品系列中。例如通过USD Render和USD Write API能够支持实时、嵌入式、超逼真的viewport,工程师可以利用这些API对实时数据的共享模型进行交互导航、编辑和迭代。USD Query API允许西门子Teamcenter X用户导航并与物理级精确场景交互,而USD Notify API则自动提供实时设计和场景更新。

       在本次2024 NVIDIA GTC期间,西门子与NVIDIA携手演示了如何通过生成式AI为复杂数据可视化带来变革,同时还展示了船舶制造巨头HD现代(HD Hyundai)如何在此技术的支持下完成新品研发。通过融入Omniverse Cloud API的Xcelerator平台,HD现代打造了可视化液化天然气运输船的数字孪生,其中包含超过700万个离散零件,帮助其在投入生产之前验证其产品。

图 韩国HD现代借助西门子与NVIDIA技术创构建数字孪生应用

       汽车产业历经百年沉淀,已跨越“机械定义-硬件定义”的鸿沟,走向“软硬件共同定义”的智能化时代,这也促使智能汽车成为继智能手机后,移动互联网浪潮下又一划时代宠儿。在消费者更加追求个性化的今天,汽车制造商面临着一个挑战:如何满足消费者对个性化的需求?

       在本次2024 NVIDIA GTC期间,NVIDIA与达索系统联手给出了答案。通过融入Omniverse数据互操作性和RTX可视化能力,NVIDIA为达索旗下3DEXCITE软件提供实时呈现、物理准确的数字孪生场景。在此场景下,研发设计人员能够根据3D产品配置器,为用户生成符合其个性化需求的汽车配置产品,使汽车的智能座舱、外观颜色、性能配件等根据消费者的偏好实时调整与呈现,为消费者打开想象空间,带来更佳的购车体验。
 

图 NVIDIA联合达索系统通过数字孪生实现定制化汽车配置

       诸如此类的深度合作还有很多,例如Omniverse登录Apple Vision Pro,使用户可以在MR(混合现实)体验中实时、沉浸式的打造数字孪生;建筑和地理空间技术领导者Trimble计划利用API接口,使交互式NVIDIA Omniverse RTX Viewer能够与Trimble模型数据结合使用;全球数字现实技术领导者Hexagon将通过USD的互操作性,将NVIDIA Omniverse Cloud API与其现实捕捉传感器和数字现实平台整合,为客户提供超逼真的模拟和可视化功能;致力于工业自动化和数字化转型的罗克韦尔自动化将使用Omniverse Cloud API助力RTX赋能的可视化……

       实际上,从OpenUSD联盟(AOUSD)成立以来,NVIDIA一直深化与合作伙伴的共建共创关系,帮助制造企业敏捷开发、优化产品、改进流程并降低成本。正如当初NVIDIA将GPU用于加速企业研发设计,提升创新能力一般,以Omniverse平台为“支点”,NVIDIA将携手全球领先的ISV、制造商和创新者共同推进数字孪生应用,走向数字未来。
责任编辑:胡竞丹
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