使用NVIDIA Omniverse实现数字孪生

各个行业和领域的公司都已认识到逼真数字孪生的重要性，其中，对于建筑行业来说，打造房屋院落的数字孪生可以帮助在施工前查看其全貌，以节省施工成本与修改设计所需的费用及时间，同时，也能为建筑的后续运营与维护提供预测性建议与情景模拟。

NVIDIA Omniverse 可实现物理精准的仿真复制、真正实时的逼真仿真、支持 AI、可互操作且可扩展的单一数据来源等特性，能够助力 AECO(建筑、工程、施工及运营)及数字孪生领域的发展。

立方数科股份有限公司(以下简称为“立方数科”)是 BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)行业领先的工程数字化云服务商，能够使用 NVIDIA Omniverse 及 NVIDIA RTX 实时光线追踪等技术创建数字孪生，为 BIM 行业带来了能够增强传统可视化工作流程的新功能。

数字孪生技术亟需进阶

数字孪生和元宇宙技术的成熟并非一蹴而就，IDC 在 2021 年发布的白皮书《从无界协同工作到未来企业：协同工作平台成就数字孪生和元宇宙世界的规模化发展》中提及，数字孪生和元宇宙类解决方案需要五类进阶能力：可虚拟，可共享，可联动，可同步，可融合。数字资产需要从独立的虚拟态，发展到在不同的涉众间共享，到可按设定场景开展联动，支持多场景规划，再到与物理资产发生同步，最后实现限定场景中数字资产和物理资产的融合。

在技术发展过程中，现阶段主要面临着数字资产难以管理、审阅成本较高、渲染所需时间过长等问题。而专为 3D 设计协作和世界仿真所打造的 Omniverse 可帮助工作人员及项目提升效率。

在 Omniverse 中创作与构建

NVIDIA Omniverse 是一个多 GPU 支持的开放式云原生平台，专为虚拟协作和实时逼真模拟而打造。Omniverse 旨在促成多元化团队的实时协作，能够加速不同类型的数字资产的开发和交付，进而有效提升元宇宙和数字孪生类解决方案的成熟度。Omniverse 已经在多种领域获得企业级采用，包括对机器人和自动驾驶汽车的人工智能方案的训练，和不同仿真程度的数字人的创建等。

Omniverse组件

Omniverse 包含 5 个重要组件，分别是 Omniverse Connect、Nucleus、Kit、Simulation 和 RTX。这些组件连同所连接的第三方数字内容创作(DCC)工具，以及所连接的其他 Omniverse 微服务，共同组成整个 Omniverse 生态系统。这使得 Omniverse 能够为赋能数字孪生/元宇宙解决方案带来诸多好处：

Nucleus 和 Connect 能够协同提供开放和通用操作性：Nucleus 提供了一个安全的开放空间，并支持任务并行化;Connect 基于 Pixar 通用场景描述(USD，Universal Scene Description)，允许不同格式的 3D 计算机图形文件之间的互相读写等操作。

Simulation 组件能够实现物理级准确，RTX Renderer 组件能够实现逼真的视觉。

RTX 技术和 CUDA Core 可有效提供成本优化的算力，支持实时性。

Kit 组件是一个面向开发者的工具包，可构建扩展程序、应用程序和微服务，包含了开箱即用的应用程序，比如：Create 可以加速构建复杂虚拟世界和场景;Audio2Face 通过学习和复制物理人的会话自动生成动画视频内容;Machinima 允许开发者通过调用不同来源的的数字资产和数字人来重新创建或共同创建新的视频内容，例如，让来自不同动画作品的角色在新的游戏里并肩作战。

Omniverse Connector 与 Omniverse 素材库

NVIDIA Omniverse 已经开发了多款 Connector(连接器)，这些 Connector 插件兼容 AEC 行业的多个 3D 应用程序，例如 Autodesk 3ds Max、Autodesk Maya、Autodesk Revit、Trimble SketchUp、虚幻引擎等。这些软件上的数字模型都可以通过 Connector 转为 USD 的格式，并且存储在 Nucleus 上进行有效的管理。这样就能够形成以 USD 为标准的统一格式，可以兼容各个软件的资产库。

此外 Omniverse 内自带一些数字资产，例如植物素材、天光素材等。这些可以让用户更方便地对 BIM 场景进行可视化搭建、快速完成项目预览。这些素材均基于 USD 格式，利于用户扩充和管理。

Omniverse 物理模拟

Omniverse 物理模拟目前包括刚体动力、破坏和断裂、汽车动力以及流体动力(Flow)等效果模拟。Flow 是对烟/火的欧拉流体模拟，利用稀疏体素网格实现无界模拟域。

Omniverse 助力园林景观模型的设计与建造

立方数科使用 AutoCAD 与 3ds Max 构建了苏州东方之门的天庭园林设计景观方案模型，这个园林依照 3D 模型的尺寸及各项数据以全比例于 2020 年建造完成。现团队人员已将这个 3D 模型及图形数据同步链接至 Omniverse Create 及 Omniverse View 中，并以 USD 格式进一步完成可视化及数字孪生工作流程。

建筑设计的数字孪生发展依赖于数字资产。立方数科将万生华态所制作的石刻扫描素材(FBX)转换成 USD 导入 Omniverse 后进行了优化及光线追踪渲染整合。

场景中的落叶采用 Omniverse 中的物理模拟扩展程序制作而成，能够模拟树叶自然随风飘落的场景。

Omniverse 支持企业开发和运营复杂、实时的 AI 数字孪生，允许对资产、流程或环境进行的物理属性准确的大规模仿真。同时，Omniverse 能够让建筑、工程、施工及运营(AECO)行业的专业人员随时随地处理建筑设计项目。随着 Omniverse 的功能及生态的扩展，将有越来越多的领域与企业受益于 NVIDIA 技术。

原文标题：立方数科在 NVIDIA Omniverse 中为 BIM 构建数字孪生

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审核编辑：汤梓红