何謂元宇宙?

作者 NVIDIA

在出現 NVIDIA Omniverse 之後,我們(終於)可以連接到 metaverse,進行真正的作業 – 以下說明使用方式。

什麼是元宇宙(metaverse)? 元宇宙是互動的、沉浸體驗的,可以協同合作的共享虛擬立體世界。

就像是實體宇宙集合了在空間上相連的世界一樣,你也可以把元宇宙視為是一堆世界。

大型線上社交遊戲,像是大逃殺類遊戲的翹楚《要塞英雄(Fortnite)》,還有《Minecraft》和《機器磚塊(Roblox)》這一類用戶建立的虛擬世界遊戲,多多少少都反映出元宇宙的某些元素。

在全球新冠肺炎疫情期間,視訊會議工具把散居四處的同事串連起來,也暗示著未來的發展方向。

不過 Neal Stephenson 在 1992 年的經典小說《潰雪》(Snow Crash)所提出的願景,卻遠非任何一款遊戲或視訊會議應用程式所能及。

NVIDIA 模擬技術部門副總裁 Rev Lebaredian 解釋說,元宇宙將會是一個不被任何應用程式或任何地方(不管是數位或實體)給綁住的平台。

就像是虛擬環境會一直存在一樣,在裡面移動的物件及身分也會持續存在,數位物件及身分可以在虛擬世界之間移動,甚至以擴增實境的方式進入我們的世界。

What is the metaverse? The metaverse is a shared virtual 3D world, or worlds, that are interactive, immersive, and collaborative.
元宇宙將會是一個不被任何地方(不管是數位或實體)給綁住的平台。

Lebaredian 說:「最終我們所談論的是創造另一個現實、另一個世界,它和現實世界一樣絢爛美麗、繽紛多姿。」

透過 NVIDIA Omniverse 已經將這些想法付諸實行,簡單來說,NVIDIA Omniverse 平台把 3D 世界串連成一個共享的虛擬宇宙。

愈來愈多產業把 Omniverse 平台用在合力設計及建立「數位孿生」等案子上,以模擬實體環境裡的建築物和工廠。

What is the metaverse? The metaverse is a shared virtual 3D world, or worlds, that are interactive, immersive, and collaborative.
BMW Group 利用 NVIDIA Omniverse 打造了一處全數位的未來工廠,設計出完美的「數位孿生」,從頭到尾都是在 NVIDIA Omniverse 平台上進行模擬。

NVIDIA Omniverse 如何在元宇宙內建立及連結世界

那麼 Omniverse 的運作方式為何? 我們可以把這個問題拆成三大部分。

A metaverse comprised of USD, physics, materials, path-tracing, and AI. All created with NVIDIA Omniverse.
NVIDIA Omniverse 將 Pixar 發明的通用場景描述交換框架,與物理建模、材料和即時路徑追蹤等技術交織在一起。

第一個部分是連接使用者的 Omniverse Nucleus 資料庫引擎,進行 3D 資產與場景描述互換。

完成連接後,分別進行建模、布局、著色、動畫、照明、特效或渲染等工作的設計師,就能攜手合作建立一個場景。

Omniverse Nucleus 依賴 Pixar 在2012年發明的 USD(Universal Scene Description,通用場景描述)交換框架。

Pixar 在2016年將 USD 以開放原始碼軟體的方式提供給外界使用,為愈來愈多的產業及應用程式提供了豐富的通用語言,以定義、包裝、組裝和編輯 3D 資料。

Lebardian 跟其他人都表示,USD 之於新興的元宇宙來說,就像是超文字標示語言(HTML)之於網路一樣,是一種能夠加以使用與改進的通用語言,以支援元宇宙的發展。

多名用戶可以連接到 Nucleus,以 USD 片段的形式傳輸和接收各自世界的更動內容。

Omniverse 的第二部分是合成、渲染和動畫引擎 – 虛擬世界的模擬。

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在 Omniverse 平台上使用 NVIDIA DRIVE Sim 模擬出的虛擬世界。

Omniverse 是一個從頭到尾都以符合物理定律為基礎所開發出的平台。由於採用了 NVIDIA RTX 繪圖技術,平台中所有繪圖皆加上完整的路徑追蹤技術,即時模擬每一絲光線在虛擬世界裡的反射彈跳情況。

Omniverse 平台使用 NVIDIA PhysX 來模擬物理定律,以及使用 NVIDIA MDL(material definition language,材料定義語言)來模擬材料。

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在 NVIDIA Omniverse 中採用動態光線追蹤的燈光,以及超過一億個多邊形所創作出的《Marbles at Night》演示內容,符合各項物理定律。

Omniverse 還完全跟 NVIDIA 人工智慧技術進行整合(這是推動機器人技術發展的關鍵,稍後詳述)。

雲端原生的 Omniverse 平台可以擴大到跨越多個 GPU,在任何 RTX 平台上運行,還能遠端串流到任何裝置上。

第三個部分是 NVIDIA CloudXR,其中包括客戶端和伺服器軟體,用於將延展實境內容從 OpenVR 應用程式串流傳到 Android 和 Windows 系統的裝置上,這麼一來使用者便能進出 Omniverse 的入口網站。

What is the metaverse? The metaverse is a shared virtual 3D world, or worlds, that are interactive, immersive, and collaborative.
NVIDIA Omniverse 有望將實體環境與虛擬實境融合在一起。

你可以透過虛擬實境技術傳送到 Omniverse,又能以擴增實境技術把人工智慧內容傳送出 Omniverse。

元宇宙將想法化為實際

NVIDIA 在去年十二月推出 Omniverse 公測版,在今年四月推出 NVIDIA Omniverse Enterprise。多個產業的專業人士紛紛展開測試活動。

頗具傳奇色彩的 Foster + Partners 設計與建築事務所,曾操刀設計出蘋果公司總部及倫敦著名的聖瑪莉艾克斯30號辦公大樓(人們更愛叫它是「小黃瓜」大樓),來自全球十四國的設計師在 Omniverse 共用虛擬空間中,攜手設計各種建案。

視覺效果領域先驅業者 Industrial Light & Magic 正在測試 Omniverse,以求瞭解它整合來自多個工作室內外部工具管道的能力。Omniverse 讓他們能夠進行協同合作、即時渲染最終鏡頭畫面,以及建立全息甲板這一類的大型虛擬場景。

跨國網路和電信公司 Ericsson 使用 Omniverse 即時模擬 5G 電波的傳播情況,將高密度城市環境中的多路徑干擾降到最低。

What is the metaverse? The metaverse is a shared virtual 3D world, or worlds, that are interactive, immersive, and collaborative.
Ericsson 使用 Omniverse 即時模擬 5G 電波在高密度城市環境中的傳播情況。

基礎建設工程軟體公司 Bentley Systems 在 Omniverse 平台上建立了一套應用程式。Bentley 的 iTwin 平台建立了一個 4D 基礎建設數位孿生內容,以模擬興建基礎建設資產的樣子,然後在其整個生命週期內監測和優化效能表現。

元宇宙有助於促進人類與機器人進行協同合作

這些虛擬世界最適合用來訓練機器人。

NVIDIA Omniverse 的基本特徵之一,便是它遵守物理定律。Omniverse 可以模擬粒子和流體、材料甚至是機器,一直到機器裡面的彈簧和電纜。

在虛擬環境中模擬自然環境,是機器人的基本能力。

使用者可以建立一個虛擬世界,在這個虛擬環境裡訓練搭載人工智慧大腦的機器人,而機器人可以從實體或數位環境中學習。

在 Omniverse 中訓練好這些機器人的大腦後,機器人專家就能把這些大腦裝入 NVIDIA Jetson,並且連接至真正的機器人。

這些機器人的大小形狀不一,像是用於搬運箱子的機器人、用於取物置物的機器手臂、堆高機、汽車、卡車,甚至建築物。

未來,工廠本身就會是一個機器人,在裡面指揮許多機器人,製造出本身也是機器人的汽車。

元宇宙與 NVIDIA Omniverse 如何實現數位孿生

NVIDIA Omniverse 描述了人類與機器人可以連接到這些共享世界,在裡面進行更美好的協同合作。

汽車製造商 BMW Group 已經落實了這個想法

這個汽車製造商每年生產超過兩百萬輛汽車。在它最先進的工廠裡,每分鐘生產出一輛汽車。每輛車還採用完全不同的客製化內容。

BMW Group 利用 NVIDIA Omniverse,從頭到尾以全數位化的方式建立一處未來工廠,模擬出一個完美的「數位孿生」。

這處以 Omniverse 打造出的工廠,可以連接到企業資源規畫系統,模擬工廠的生產量。它可以模擬新的工廠佈局,甚至能夠變成工廠員工使用的儀表板,連接到機器人上,以便從遠端進行操作。

運行虛擬工廠的人工智慧和軟體,跟運行實體工廠的是一模一樣的。也就是說,虛擬和實體工廠,還有裡面的機器人將是在一個迴圈中運行。它們是一對雙胞胎。

不再是科幻劇情

Omniverse 是用來建立元宇宙的基礎「管道」。

Omniverse 這個開放平台具有 USD 通用 3D 交換功能,將它們連接成一個龐大的使用者網路。NVIDIA 已經有十二個連接到主要設計工具的 Omniverse Connector,還即將推出另外四十個。供開發人員編寫自己 Connector 的 Omniverse Connector SDK 範例程式碼,目前已開放下載。

最重要的設計工具平台都已紛紛進駐。全球規模最大的產業,像是媒體與娛樂、遊戲、建築/工程/營造、製造、電信、基礎建設及汽車,均宣布與 NVIDIA 建立合作關係。

運行 Omniverse 所需的硬體也都準備好了。

全球電腦製造商都在生產 NVIDIA 認證的工作站、筆記型電腦及伺服器,這些產品均通過驗證,能夠以最佳效能、可靠性和規模運行 GPU 加速的作業負載。今年底開始,企業將能夠透過 NVIDIA 合作夥伴網路,以訂閱制的方式取得 Omniverse Enterprise 使用授權。

What is the metaverse? The metaverse is a shared virtual 3D world, or worlds, that are interactive, immersive, and collaborative.
團隊透過 NVIDIA Omniverse 平台,就能從不同地方、使用不同工具,即時合作進行同一個項目。

多虧有了 NVIDIA Omniverse,元宇宙不再只是出現在科幻劇情裡的情節。

回到未來

接下來呢?

NVIDIA 的 Lebaredian 指出人類數千年來一直在發展感知這個世界的方式。幾千年來,我們一直在利用音樂、藝術和文學來侵入感官,以建立虛擬實境。

他說接下來要提高互動性和協同合作能力。更好的螢幕,像是 Oculus Quest 這樣的頭戴式顯示器,還有像是微軟的 Hololens 這樣的混合實境裝置,都能讓人擁有更完整的臨場感。

這一切都會有新的發展。不過最重要的部分已經在這裡:將栩栩如生的虛擬環境模擬畫面投到顯示器上。這正是 NVIDIA Omniverse。

借用科幻小說大師 William Gibson 的一句話:未來已經到來,只是分布不均。

我們可以利用元宇宙,更平均地分布這些體驗。在 NVIDIA Omniverse 的推動下,元宇宙有望將人類、人工智慧和機器人編織成一個奇妙的新世界。