11月9日，英偉達在2021年GPU技術會議（GTC 2021）上，宣佈了要將產品路線升級為
“GPU+CPU+DPU”
的“三芯”戰略，同時，將其新發布的
Omniverse平臺定位為“工程師的元宇宙”
。
Omniverse 是一個易於擴充套件的開放式平臺，專為虛擬協作和物理級準確的實時模擬打造，並由 NVIDIA RTX 技術提供動力支援的實時協作。創作者、設計師、研究人員和工程師可以連線主要設計工具、資產和專案，從而在共享的虛擬空間中協作和迭代。
開發者和軟體提供商還可以在 Omniverse 的模組化平臺上輕鬆地構建和銷售擴充套件程式、應用、聯結器和微服務，以擴充套件其功能。根據英偉達官網介紹，NVIDIA Omniverse 可以轉變行業工作流程，其中物理級準確的光線追蹤渲染對於沉浸式視覺化、準確模擬以及更快審查和發現而言較重要。Omniverse 平臺靈活、易於定製，並採用新的 Omniverse 應用、擴充套件程式和 Connector，實現了持續增強。
本期的智慧內參，我們推薦東方證券的報告《從英偉達 Omniverse 平臺看元宇宙》，揭秘英偉達 Omniverse的元宇宙佈局
。
原標題：
《從英偉達 Omniverse 平臺看元宇宙》
作者：張穎
一、英偉達Omniverse，元宇宙基石
NVIDIA Omniverse 是一個易於擴充套件的開放式平臺，專為虛擬協作和物理級準確的實時模擬打造，並由 NVIDIA RTX 技術提供動力支援的實時協作。創作者、設計師、研究人員和工程師可以連線主要設計工具、資產和專案，從而在共享的虛擬空間中協作和迭代。開發者和軟體提供商還可以在Omniverse 的模組化平臺上輕鬆地構建和銷售擴充套件程式、應用、聯結器和微服務，以擴充套件其功能。
根據英偉達官網介紹，NVIDIA Omniverse 可以轉變行業工作流程，其中物理級準確的光線追蹤渲染對於沉浸式視覺化、準確模擬以及更快審查和發現而言較重要。Omniverse 平臺靈活、易於定製，並採用新的 Omniverse 應用、擴充套件程式和 Connector，實現了持續增強。
1、Omniverse 可實現的效果
根據英偉達官網介紹，Omniverse 平臺擁有三個主要的應用效果：
（
1
）
Omniverse
平臺可以實現使用者和應用程式間的實時協作。
Omniverse 平臺可以實現在單個互動式平臺上實時整合使用者和主流行業 3D 設計工具，在此基礎上，開發者無需準備資料便可即時進行更新、迭代和更改，從而簡化工作流程；
（
2
）
Omniverse
可提供實時性的光線追蹤效果。
Omniverse 平臺提供可擴充套件的、真實的實時光線追蹤和路徑追蹤，可以基於作品實時實現精美、物理屬性準確且逼真的視覺效果；
（
3
）
Omniverse
平臺實現模型可擴充套件性。
在 Omniverse 平臺上，開發者只需構建模型一次，即可在不同裝置上渲染。
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透過 Omniverse 平臺可實現的渲染效果
2、Omniverse 的底層技術
RTX
：其中，Omniverse 的底層技術 NVIDIA RTX 是由 NVIDIA 建立的圖形平臺，能夠助力新一代應用程式以空前速度模擬物理環境。NVIDIA RTX 主要用於實現實時光線追蹤，基於 RTX 平臺構建的應用程式帶來了實時照片級渲染和 AI 增強圖形、影片和影象處理的強大功能，幫助設計師和藝術家可以以全新的方式創建出色的內容。
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英偉達 RTX 平臺
CUDA
：
CUDA
（
Compute Unified Device Architecture
）是
NVIDIA
專為圖形處理單元
（GPU）
上的通
用計算開發的平行計算平臺和程式設計模型。
藉助 CUDA，開發者能夠利用 GPU 的強大效能顯著加速計算應用。
在經
GPU
加速的應用中，工作負載的序列部分在
CPU
上執行，且
CPU
已針對單執行緒效能進
行最佳化，而應用的計算密集型部分則以並行方式在數千個
GPU
核心上執行。
使用 CUDA 時，開發者使用主流語言（如 C、C++、Fortran、Python 和 MATLAB）進行程式設計，並透過擴充套件程式以幾個基本關鍵字的形式來表示並行性。
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CUDA 架構
3、Omniverse 應用場景
根據英偉達 Omniverse 頁面披露，Omniverse 主要應用場景包括：
（1）
建築、工程和施工：
應用於行業初始概念設計、競爭與客戶演示、全球協作以及快速設計評審階段；
（2）
媒體和娛樂：
應用於行業概念設計評審、供應商溝通、生產線機器人的 AI 訓練和模擬、龐大的互動式工廠佈局資料集階段；
（3）
製造業：
應用於行業初始概念設計、加快迭代設計速度和實時生成每日樣片、全球協作以及虛擬製作階段；
（4）
超級計算：
應用於行業從不同來源匯入素材、實時模擬平臺、同時渲染 2D 和 3D 幾何圖形、釋出電影級視覺效果產品等階段
（5）
遊戲開發：
幫助遊戲開發者更快地將遊戲推向市場、管理擴充套件的資源庫、簡化 3D 角色動畫並重新定義影片遊戲敘事。
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Omniverse 平臺五大應用場景
二、
五大基礎技術，造就強大元宇宙基石
在元宇宙時代，產業需要更為強大的工具將現實中的物體進行 3D 建模，為元宇宙世界輸入不同的模型。其中，3D 建模演算法需要基於不同的垂直場景不斷最佳化。現階段已有的建模技術包括遊戲建模、影視建模、工業建模與建築建模幾類。產業對於更高效的建模技術需求來自於三個方面：
（1）3D 模型下資料量將達到 TB 級，相關的軟體需要對 TB 級的資料進行運算。針對垂直應用場景更最佳化的建模技術將節約虛擬建模的時間。
（2）此外，進階的演算法可以精簡 3D 模型所需的資料量，從而提升軟體處理的效率。
（3）為了達到更好的模擬效果，需要更多物理維度的演算法，如確定數字模型物理實體的材質及其他物理特徵。英偉達 Physics 演算法即是根據現實物體物理材質建模的演算法。英偉達透過 Omniverse 平臺可以為產業提供高效的 3D 建模工具，從而實現開發者生態、軟體生態以及垂直應用場景的發展，拉動底層算力的需求。
英偉達藉助
Omniverse
平臺創造了全新的產品：
藝術家、設計師、創作者和開發者可以在Omniverse 平臺中使用 NVIDIA PhysX5、Blast 和 Flow 的實時物理模擬功能，並使用使用Omniverse Create、Isaac Sim™或 DRIVE Sim™等應用。
（1）物理級模擬：底層演算法
PhysX：
英偉達 PhysX 是執行復雜的物理運算的技術，使設計師在開發遊戲的過程中使用複雜的物理效果而不需要像以往那樣耗費漫長的時間開發一套物理引擎。藉助 PhysX 功能，最新一代 PhysX5 在 PhysX4 的基礎上增加了關於軟體動力學、布料、物料點法等方向的功能模組。
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PhysX5 與 PhysX4 功能對比
Blast：
Blast 是 NVIDIA GameWorks 的銷燬庫，用於替換 APEX 銷燬模組。Blast 專注於效能，可擴充套件性和靈活性，旨在將物理和圖形渲染留給應用程式。Blast 以簡化的表示形式處理破壞元素，向用戶傳達在其應用程式中更新物理和圖形所需的內容，透過這種方法使開發者能夠專注於核心演算法的效能，並提供一個具有強大和透明功能行為的庫。
Flow：
NVIDIA Flow 是 GameWorks 的可燃液體、火和煙霧模擬產品。NVIDIA Flow 中的流體模擬基於自適應稀疏體素網格進行建模，以實現最大的靈活性和最小的記憶體影響，並針對可用時的體積平鋪資源的使用進行了最佳化。
（2）物理級模擬：應用載體 Omniverse Create
Omniverse Create 是一款用於加速高階場景合成的應用，支援使用者依照 Pixar USD，以實時、互動方式組裝、照明、模擬、渲染環境並與環境互動。藉助依照 Pixar 的通用場景描述 （USD） 構建的簡單但功能強大的工具包，藝術家、設計師和工程師可以構建具有精準物理特性的複雜實時模擬、影象或電影。
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Omniverse Create 應用功能
（3）多使用者設計協作：Nvidia Omniverse Enterprise
Nvidia Omniverse Enterprise 透過適用於各種規模組織的實時協作和逼真模擬平臺，加速工作流程和專案。Nvidia Omniverse Enterprise 是一款端到端協作和模擬平臺，可從根本上改變複雜的設計工作流程，現階段英偉達已提供 Nvidia Omniverse Enterprise 平臺的訂閱。
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Nvidia Omniverse Enterprise 平臺架構
Omniverse Enterprise
平臺訂閱：
所有 Omniverse Enterprise 訂閱都包括 Enterprise 啟動程式和 Enterprise 聯結器。最低初始購買包包括 2 個 Omniverse Enterprise Creator、10 個Omniverse Enterprise Reviewers、4 個 Omniverse Enterprise Nucleus 訂閱。
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Omniverse Enterprise 平臺使用許可權
Omniverse Enterprise
平臺可適配各種規模的企業。
Omniverse Enterprise 可輕鬆部署至任何規模的組織，範圍從區域網上的小型工作組，到混合的本地和雲部署，再到在中央資料中心工作的全球分散式團隊。
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面向小型工作組的 Omniverse Enterprise 平臺架構
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面向大型企業的 Omniverse Enterprise 平臺架構
（4）逼真、實時渲染：Marbles RTX
Marbles RTX 是一個基於物理的迷你遊戲關卡，玩家可以控制彈珠在充滿障礙物的場景中執行。在 Omniverse 中完成的最終 Marbles RTX 技術演示產生了超過 500GB 的紋理資料，165 個手工建模和紋理的獨特資源，超過 5，000 個網格和大約 1 億個多邊形。
（5）AI 加速的工作流程：Omniverse AI ToyBox
GANverse3D
藉助
AI
的強大功能，將汽車的單個影象轉換為完全可駕駛的
3D
資產，其中包含
燈光、物理和基於物理的材料。
NVIDIA 正在使用 AI 來改進內容建立過程，為各地的創作者提供建立虛擬世界的能力。AI Toybox 是 Omniverse 擴充套件的集合，展示了 NVIDIA 旨在增強內容創作者能力的最新研究成果。英偉達預計將率先發佈一個由 NVIDIA 研究提供支援的 Omniverse 擴充套件——GANverse3D，透過這一模組，開發者可以拍攝汽車照片並建立虛擬複製品。
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Marbles RTX 建模及紋理效果
三、數字孿生技術應用
1、製造業：寶馬數字工廠
寶馬的虛擬數字化工廠基於英偉達 Omniverse 平臺打造，該實時模擬和協作平臺軟體由英偉達開發，基於英偉達 GPU 架構。在寶馬虛擬數字化工廠中，Omniverse 的功能主要包括：
1）將寶馬工廠各種設計軟體匯入 CATIA、Bently、點雲等設計資料到 Omniverse 平臺，並在 Omniverse 進行 GPU 渲染，建立虛擬模型並基於該虛擬模型進行最佳化設計；
2）Omniverse 平臺利用自身的 3D 應用和使用者間實時協作能力，幫助寶馬虛擬化工廠進行人機工程最佳化模擬；
3）透過英偉達的 GPU 渲染能力將模擬資料視覺化。寶馬工廠可以在物理世界建造任何東西之前，虛擬地設計、規劃與運營其工廠。
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藉助 Omniverse 平臺搭建的寶馬數字工廠
2、自動駕駛汽車：DRIVE Sim
NVIDIA DRIVE Sim™ 是一款端到端模擬平臺，從頭開始構建，可執行大規模、物理上精確的多感測器模擬。它是開放、可擴充套件的模組化產品，支援從概念到部署的音視開發和驗證，從而提高開發人員的工作效率並加快上市時間。
3、機器人：Isaac Sim
由 Omniverse 提供支援的 NVIDIA Isaac Sim 是一款可擴充套件的機器人模擬應用程式和合成資料生成工具，可為照片級真實感、物理精確度的虛擬環境提供支援，以開發、測試和管理基於 AI 的機器人。
Isaac Sim 的主要功能包括：
（1）
逼真模擬：
利用 Omniverse 平臺強大的模擬技術，包括使用 PhysX 5 的高階支援 GPU的物理模擬、具有實時光線和路徑追蹤的逼真度，以及對基於物理的渲染的 MDL 材質定義支援；
（2）
涵蓋廣泛應用的模組化架構：
Isaac Sim 旨在解決許多最常見的機器人用例，包括操作，導航，用於訓練資料的合成數據生成。此外，由於其模組化設計，該工具可以定製並擴充套件到許多新的用例；
（3）
無縫連線和互操作性：
藉助 NVIDIA Omniverse，Isaac Sim 受益於 Omniverse Nucleus和 Omniverse Connectors，能夠以 USD 協作構建，共享和匯入環境和機器人模型。
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英偉達 Isaac Sim 工業機器人模擬
4、超算中心：NVIDIA IndeX
NVIDIA IndeX 是一種立體視覺化工具，支援使用者透過互動方式視覺化整個資料集並加速收集更深入見解的過程。使用者可以隨時更改彩色地圖來突出資料的細微屬性，檢視整個時間系列的橫截面，並利用環境光遮蔽和陰影等功能來檢查資料的關鍵元件。
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Nvidia IndeX 效果示意
四、市場前景
許多元宇宙中的虛擬場景是根據現實中的場景建模。這一過程需要依賴高度成熟的 3D 建模演算法，這些演算法的積累可能來自於遊戲、娛樂、建築、工業等場景。這為佈局 3D 虛擬建模的廠商帶來了新的營收。
這一營收增量可被拆解為軟體工具的營收（
License
費用）以及生態對於底層算力的拉
動。
根據英偉達公告，Omniverse 已被 700 多家公司以及7 萬多名個人創作者採用。Omniverse 也已經從測試版轉向通用版，擴充套件到軟體生態系統，使 4000 萬 3D 設計師可以接觸到它。按每位 3D設計師每年 1000 美元的 Licensing 費用測算，新的軟體市場空間在成熟後可達 400 億美元/年。
Omniverse 的優勢：軟體能力+生態系統
。英偉達專為加速不同工作流程而打造的專用應用程式。開發者可以使用 Omniverse 應用程式，或在 Omniverse 套件上構建自己的應用程式。
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Omniverse 應用程式及功能
另外，開發者可以透過匯入/匯出、帶有支援 USD 的第三方應用和庫的 Omniverse Drive 或Omniverse Connector（支援實時編輯工作流程的單向或雙向外掛），發揮互聯多應用工作流程的優勢。Omniverse 已可聯通 Autodesk、Adobe Photoshop、Unreal 等工具。
定位：3D 工作流程的互連中心
。藉助 Omniverse 平臺的高相容性，Omniverse 可以充當整個 3D 工作流程的互連中心，以實時同步創作取代線性流程。透過 Omniverse Connectors 和應用程式，使用開發者熟悉的設計應用程式，無縫整合開發者的 3D 工作流程，並開闢新的方法來加快構建和探索創意。
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Omniverse 定位為 3D 工作流程的互連中心
智東西
認為，相比社交網路、遊戲巨頭、軟體巨頭，英偉達定位是元宇宙硬體最底層：GPU、AI和Omniverse。Omniverse平臺是英偉達過去二十多年軟、硬體技術的集大成者，是英偉達為建立元宇宙數字化虛擬空間的技術平臺底座。未來，在元宇宙時代，英偉達可能還將繼續維持其GPU時代的硬體霸主地位，或是元宇宙時代最大的贏家。