走進汽車組裝廠，看到工作人員將螺帽鎖緊至螺栓，聽到氣動工具的呼呼聲，看著原始車身沿著生產線滑動，由機器人組裝零件。
現在，線上啟動 3D 數位孿生，看著動畫中數位人類在完全相同的數位版工廠中工作。可拖放機器人移動重型物料，並執行模擬以進行最佳化，以及取得即時廠區資料以進行改進。這就是數位孿生。
數位孿生以虛擬方式表示：針對真實世界的實體資產或系統真實模擬物理和材質，並持續更新。
數位孿生不僅適用於無生命物體和人，它們可以是電腦網路架構的虛擬表示，做為網路攻擊模擬的沙箱使用。它們可以複製倉儲中心流程，以測試人機互動，然後在即時環境中啟動特定機器人功能。應用範圍與想像力一樣寬廣。
數位孿生正在徹底改變企業的營運。Grand View Research 指出，至 2028 年，預計數位孿生平台的全球市場，將達到 860 億美元。其報告認為 COVID-19 促進了特定產業採用數位孿生。
是什麼推動了數位孿生？
物聯網 (Internet of Things，IoT) 促使數位孿生快速發展。
IoT 可以協助連線機器和裝置與其數位孿生共用資料，反之亦然。這是因為數位孿生始終與真實世界連接，並依照其所代表的實物或流程做最新的電腦模擬。
數位孿生是可以捕捉結構之物理以及內部和外部條件變化的虛擬表示，並由邊緣運算驅動的大量連線感測器進行測量。它們也可以在虛擬化中執行模擬，以測試是否有問題，並透過服務更新尋求改進。
使用數位孿生模擬實體設備和環境的範例越來越多，機器人開發和自動駕駛車僅是其中的兩項。
NVIDIA Omniverse 和模擬技術副總裁 Rev Lebaredian 表示：「簡單來說，自動駕駛車是在開放世界中運作的機器人，努力避免與任何物體接觸。」「最終，精密的自主機器人將在廚房等環境中與人類一起工作，操縱刀具及其他危險工具。我們需要工作環境的數位孿生，以便在虛擬世界中安全地教導它們，然後將它們的智慧轉移至真實世界。」
3D 虛擬環境中的數位孿生
共用的虛擬 3D 世界，將人們聚集在一起，在數位孿生上協作。
互動式 3D 虛擬宇宙在遊戲中顯而易見。《要塞英雄》等線上社交遊戲和《機器磚塊》由使用者產生的虛擬世界，讓我們可以一窺互動的潛力。
VR 中的視訊會議，例如與會者以自己的化身在共用虛擬會議室中現身，是朝實現企業可能性邁進的一步。
如今，已有工具可以在此環境中的共用虛擬協作平台上開發此共用虛擬世界。
適用於數位孿生模擬的 Omniverse Replicator
NVIDIA在 GTC 上發表了 Omniverse Replicator，以協助開發數位孿生。它是一種合成資料產生引擎，可以產生訓練深度神經網路的物理模擬資料。
此外，NVIDIA 也為產生合成資料的應用程式導入了兩種引擎建置：裝載自動駕駛車數位孿生的虛擬世界的 NVIDIA DRIVE Sim 和裝載操縱機器人數位孿生的虛擬世界的 NVIDIA Isaac Sim。
使用此類資料開發的自動駕駛車和機器人，可以掌握各種虛擬環境中的技能，然後將它們應用在真實世界中。
以 Pixar 的通用場景描述 (Universal Scene Description，USD) 和 NVIDIA RTX 技術為基礎的 NVIDIA Omniverse，是全球首見的可擴充、多 GPU 物理準確的世界級模擬平台。
Omniverse 讓使用者可以連線多個軟體生態系統，包括 Epic Games Unreal Engine、Reallusion、OnShape、Blender 和 Adobe 等，以協助數百萬個使用者。
參考開發平台是採用模組化設計，可以輕鬆地延伸。NVIDIA 團隊已利用該平台建立核心模擬應用程式，例如先前提到的 NVIDIA Isaac Sim 和 NVIDIA DRIVE Sim。
DRIVE Sim 可以在虛擬環境中重建真實世界的駕駛情境，以測試和開發罕見與危險的使用案例。此外，由於模擬器能在任何場景中完美理解基準真相，因此可以使用來自模擬器的資料，訓練適用於自動駕駛車感知的深度神經網路。
如同 BMW 集團的未來工廠所示，模組化和開放性讓 Omniverse 可以利用其他幾個 NVIDIA 平台，例如適用於機器人的 NVIDIA Isaac 平台、適用於智慧影像分析的 NVIDIA Metropolis，以及 NVIDIA Aerial 軟體開發套件，將 GPU 加速軟體定義之 5G 無線電存取網路帶入環境中，並提供第三方軟體，讓使用者和公司繼續使用自己的工具。
數位孿生如何上線？
在建立數位孿生和部署其功能時，必須將 AI 資源整合。
NVIDIA Base Command Platform 讓企業可以部署大規模的 AI 基礎架構。它最佳化了使用者和團隊的資源，且可以監控從早期開發到實際部署的工作流程。
開發 Base Command 之目的在於為 NVIDIA 的內部研究團隊提供 AI 資源。它可以協助管理可用的 GPU 資源，以及選擇可用的資料庫、工作空間和容器映像。
它可以管理 AI 開發的生命週期，包括工作負載管理和資源共用、提供圖形使用者介面與命令列介面，以及整合式監控和報告儀錶板。它直接將最新的 NVIDIA 更新導入 AI 工作流程中。
它可以視為 AI 的運算引擎。
如何管理數位孿生？
NVIDIA Fleet Command 提供遠端 AI 管理。
將 AI 從數位孿生轉移至真實世界，需要部署平台處理數千甚或數百萬個邊緣端機器和裝置的更新。
NVIDIA Fleet Command 是一項可從 GPU 加速軟體之 NVIDIA NGC 中心存取的雲端服務，以跨與邊緣連線的系統和裝置，安全地部署、管理及擴充 AI 應用程式。
Fleet Command 讓倉儲中心、製造設施、零售商及許多其他組織可以從遠端執行 AI 更新。
數位孿生的進展如何？
數位孿生可以讓事物自主，它們可以自主控制實體對應物。
例如，電動車製造商可能會使用房車的數位孿生模擬軟體更新。在模擬顯示車輛效能改進或解決問題時，可以透過無線方式，將軟體更新發送至實體車輛。
Siemens Energy 正在建立數位孿生以支援發電廠的預測性維護。該公司指出，此規模之數位孿生可能可以縮短停機時間，並協助公用事業公司每年節省大約 17 億美元。
Passive Logic 是一家位於鹽湖城，提供 AI 平台以設計和自主運作建築物之 IoT 元件的新創公司。其 AI 引擎瞭解建築物元件如何共同運作，包括物理，且可以模擬建築物系統。
該平台可以接收多個資料點和做出控制決定，以自主方式最佳化運作。它將最佳控制路徑與實際感測器資料進行比較、應用機器學習，並隨著時間學習改進建築物的運作。
列車也快速邁向自主，且正在開發數位孿生，以協助達成目標。它們是使用於自動煞車、碰撞偵測系統等功能的模擬，並由在 NVIDIA GPU 上執行的 AI 驅動。
數位孿生的歷史為何？
據說，是 NASA 最先導入數位孿生的概念。雖然明顯不是以物聯網方式連線，但是，NASA 的早期孿生概念及其使用與現今的數位孿生有許多相似之處。
NASA 在 1960 年代即提出數位孿生的構想。太空總署在阿波羅 13 號登月任務中展現了其具有的龐大潛力。NASA 在阿波羅 13 號太空船上設置了系統模擬器，可以透過電信，從外太空的真實太空船取得更新。讓 NASA 工程師可以於出發之前，在太空人與工程師之間進行情境模擬，並在 1970 年的任務中遇到問題時派上用場。
地面工程師可以參考地球上的模型，然後與太空中的太空人一起排除故障，使任務免於災難。
數位孿生有哪些類型？
智慧城市模擬
智慧城市如雨後春筍般在各地出現。城市可以利用攝影機、邊緣運算和 AI 瞭解一切，從停車、交通流量到犯罪模式。都市規劃師可以研究此類資料，協助制定和改進城市設計。
智慧城市的數位孿生可以實現更好的建設規劃以及持續改進城市。智慧城市正在建立本身的 3D 複製品，以執行模擬。數位孿生有助於最佳化交通流量、停車、街道照明等層面，使城市生活變得更美好，且可以在真實世界中實施這些改進。
Dassault Systèmes 在世界各地協助建立數位孿生。在香港，該公司使用城市的 3D 模擬進行視覺化，提供可步行性研究的範例。
NVIDIA Metropolis 是一個應用程式框架、開發人員工具集以及由專業合作夥伴組成的大型生態系，可以協助開發人員和服務供應商透過 AI 視覺更有效地測量實體空間，以及建立更智慧化的基礎建設和空間。該平台涵蓋 AI 訓練和推論、促進從邊緣至雲端的部署，並包含 Fleet Command 等企業管理工具，以有效管理邊緣節點群體。
地球模擬孿生
數位孿生甚至已應用至氣候建模。
NVIDIA CEO 黃仁勳透露，計畫打造出世界上最強大的 AI 超級電腦，專用於預測氣候變遷。
系統名稱為 Earth-2 或 E-2，將在 Omniverse 中建立地球的數位孿生。
另外，歐盟也啟動了 Destination Earth，試圖建立地球的數位模擬。該計畫之目的是協助科學家準確繪製氣候發展以及極端天氣圖。
為了支持歐盟在 2050 年實現氣候中和的目標，數位孿生計畫將採取一公里尺度，並以來自氣候、大氣和氣象感測器的持續更新觀測資料為根據。同時會會考量人類活動的環境衝擊測量。
根據在 Nature Computational Science 中發表的論文，預計 Destination Earth 數位孿生專案將需要具有 20,000 個 GPU 的系統才能全面運作。模擬洞見可以協助科學家開發和測試情境。將有助於為政策決定和永續發展規劃提供資訊。
此類工作可以協助評估乾旱風險、監測海平面上升以及追蹤極地地區的變化。同時可以規劃糧食和水資源問題，以及風電場、太陽能發電廠等再生能源。目標是在 2023 年，讓主要數位建模平台投入運作，並在 2027 年，讓數位孿生上線。
資料中心網路模擬
數位孿生正在縮短網路領域之資料中心的停機時間。
隨著時間過去，網路已經變得更複雜。網路規模、節點數量以及元件之間的互通性提升了它的複雜性，影響了生產前和分階段作業。
網路數位孿生可以在模擬中預先測試路由、安全性、自動化和監控，以加快初始部署。它們也加強了持續維運，包括在模擬中驗證網路變更要求，以縮短維護時間。
網路維運已利用 API 和自動化，進化至更進階的功能。串流遙測，例如裝置和機器的 IoT 連接感測器，允許在網路上不斷收集和分析資料，以檢視問題。
NVIDIA Air 基礎架構模擬平台讓網路工程師可以控管資料中心網路的數位孿生。
透過孿生推出 5G
電信設備和服務供應商 Ericsson，將數十年的無線電網路模擬專業知識與 NVIDIA Omniverse Enterprise 結合。
此全球性公司正在建立城市規模數位孿生，協助準確模擬 5G 微型蜂巢和基地台與其環境之間的相互作用，以最大化效能和覆蓋範圍。
汽車製造孿生
BMW 集團在世界各地擁有 31 間工廠，正在與 NVIDIA 合作開發數位孿生。此德國汽車製造商仰賴 NVIDIA Omniverse Enterprise 執行工廠模擬，最佳化其營運。
其工廠提供 100 多種選配以及 40 多款 BMW 車型，總計達 2,100 種可能的新車配置。BMW 工廠生產的車輛中，大約有 99% 採用客製化配置，而對組裝線上的物料庫存構成挑戰。
為了協助維持工廠的物料流程，BMW 集團也利用 NVIDIA Isaac 機器人平台部署物流機器人機隊，以改善生產環境中的物料配送。在生產之前，可以將這些輔助人類的機器人與數位人類一起放入模擬情境中，讓該公司能於投入生產之前，在數位孿生的廠區安全地測試機器人應用。
虛擬模擬也讓該公司可以最佳化組裝線以及工作人員之人體工學和安全。來自不同地區的規劃專家能以虛擬方式與 NVIDIA Omniverse 連線，讓全球 3D 設計團隊在共用虛擬空間中跨多個軟體套件同時合作。
NVIDIA Omniverse Enterprise 為許多不同的工業應用實現數位孿生。
建築、工程與營造
建築設計團隊在高效率協作、更快速之渲染迭代的需求方面不斷升高，並期望獲得準確的模擬和真實感。
當團隊分散在世界各地時，這些需求可能會變得更具挑戰性。
在 Omniverse 中建立數位孿生，讓建築師、工程師和營造團隊共同評估設計，可以加快開發速度，有助於按時履行合約。
透過虛擬方式，可以將 Omniverse 上的團隊聚集在單一互動式平台上，即使同時在不同的軟體應用程式中工作，就如同在同一個房間中快速開發建築模型，並以最高的物理準確度和保真度進行模擬。
零售和倉儲
訂單倉儲物流是龐大的運輸產業。現在，倉儲中心透過有機器人的輔助，協助工作人員避免受傷及提高效率。其環境中充滿了由 AI 和邊緣運算驅動的攝影機，可以協助快速揀取和包裝產品。這就是一日到貨，宅配到府的方式。
使用數位孿生可以在虛擬環境中建立所有的此類事項，且可以執行模擬，以排除瓶頸和其他問題。
Kinetic Vision 是透過數位化和 AI，利用數位孿生改造智慧倉儲和配送中心。成功建置智慧商店和倉儲中心網路需要強大的資訊、資料和維運技術，以實現創新的邊緣運算及 AI 解決方案，例如即時產品辨識。進而推動更快速、更敏捷的產品檢驗和訂單履行。
能源產業孿生
Siemens Energy 仰賴 NVIDIA Omniverse 平台建立數位孿生，以支援發電廠的預測性維護。
Siemens Energy 使用在 NVIDIA A100 Tensor Core GPU 上執行的 NVIDIA Modulus 軟體框架，模擬熱、水及其他條件長時間對金屬的腐蝕作用，以微調維護需求。
碳氫化合物探勘
石油公司在尋求開發新油藏或重新評估生產階段之油田時面臨著極大的風險，必須盡可能地降低對財務和環境的負面影響。鑽探可能會耗資數億美元。能源公司在找到碳氫化合物之後，必須針對新的或正在進行的作業，快速擬定最具獲利性的策略。
適用於油藏模擬數位孿生可以節省數百萬美元，並避免環境問題。這些公司可以利用技術軟體應用程式，模擬水和碳氫化合物如何在油井的地下流動。讓他們能在超級電腦上評估可能有問題的情況和虛擬生產策略。
勘探公司在數位孿生中事先評估風險之後，即可在從事新專案時最小化其損失。同時可以根據來自數位孿生的分析，最佳化生產中的真實世界版本，以獲得更好的產出。
機場效率
數位孿生可以協助機場改善客戶體驗。例如，攝影機可以監控運輸安全管理局，並應用 AI 設法分析尖峰時段的瓶頸。在數位模型中可以解決這些問題，然後部署實際環境，以避免錯過航班。在數位環境中可以評估行李處理影像，以改進方式，確保行李準時抵達。
數位孿生的未來是什麼？
數位孿生模擬已醞釀了半個世紀。但是，GPU、AI 和軟體平台在過去十年的進步，使它們在這個擁有更多沉浸式體驗之更高保真度的時代獲得普遍採用。
虛擬實境和擴增實境已日漸普及，將會加快此項工作的速度。
分析公司 IDC 指出，在 2021 年，VR 頭戴式裝置的全球銷量大約為 700 萬部，預計至 2025 年將會增加至超過 2,800 萬部。
將為虛擬環境帶來更多使用頭戴式裝置、消費內容的使用者。
其中的所有人都能存取 NVIDIA Omniverse 平台，以利用 AI、進行人機互動和無限模擬，推動數位孿生大幅進步。
NVIDIA 的 Lebaredian 表示：「多年來，我們一直在談論虛擬世界和數位孿生。我們將開始轉移至現實，如同 AI 變成可行，並創造了可能性爆炸式增加一樣。」
準備展開冒險。
深入瞭解 NVIDIA Omniverse。
在 NVIDIA 技術部落格上深入探索數位孿生。