NVIDIA Omniverse — цифровые двойники и виртуальные миры для бизнеса и науки

Компания Nvidia, будучи главным драйвером развития сектора искусственного интеллекта, предлагает массу инновационных решений, эффективность которых базируется на мощностях передовых нейросетевых моделей. Мы уже рассказали вам о таких революционных решениях, как NeMo и Cosmos, которые позволяют создавать высокопроизводительные ИИ-модели, в том числе и новейшие физические нейросети. А сегодня мы поговорим об очень интересном решении и единственном в своем роде решении — платформе Nvidia Omniverse, которая позволяет создавать цифровые копии реальных объектов без ограничений в их размере.

NVIDIA Omniverse позиционируется не как простое приложение для 3D-моделирования, а как масштабируемая платформа для создания фотореалистичных виртуальных миров и точных цифровых двойников практически любых объектов. Это универсальная виртуальная среда, предназначенная для симуляции сложных процессов, объединяющая данные из разнородных источников в едином цифровом пространстве, с высочайшей точностью передающим все особенности реальных объектов. Ключевая особенность Omniverse заключается в глубокой интеграции с программной экосистемой Nvidia, включая фреймворк генеративного ИИ NeMo для создания разнообразных моделей искусственного интеллекта, а также платформу Cosmos для высокоточной симуляции физических процессов внутри этих цифровых двойников.

Цифровые двойники, которые создает платформа Omniverse — это не просто классические 3D-модели, а динамические, точные виртуальные копии физических объектов, процессов или систем, которые синхронизируются с реальными данными в режиме реального времени. Они нужны для того, чтобы анализировать, моделировать, тестировать и оптимизировать работу своего реального “близнеца” в безопасной виртуальной среде, не рискуя ресурсами и не останавливая рабочие процессы. Это дает возможность прогнозировать поломки, отрабатывать чрезвычайные ситуации, обучать персонал и принимать более обоснованные решения, что в итоге приводит к значительной экономии времени, снижению накладных расходов и росту эффективности в таких областях, как промышленность, энергетика, логистика и градостроительство.

Техническим фундаментом Omniverse является открытый формат USD (Universal Scene Description (USD), изначально разработанный компанией Pixar для создания высокоточных 3D-моделей объектов. По сути, USD выполняет роль универсального языка описания и обмена 3D-сценами, позволяя не просто хранить геометрию и текстуры, но и описывать сложные иерархии объектов, материалы, анимацию, источники света и даже данные для симуляции в едином, согласованном формате. В Omniverse USD является неким ядром базы данных, обеспечивая бесшовный обход, композицию и совместное редактирование сложных сцен разными пользователями и приложениями одновременно. Центральным управляющим компонентом Omniverse является серверный фреймворк Omniverse Nucleus. Это высокопроизводительный клиент-серверный движок базы данных, построенный на основе USD. Nucleus хранит всю актуальную версию виртуального мира и управляет доступом к ней. Когда дизайнер вносит изменение в сцену из одного приложения (например, Autodesk Maya), Nucleus немедленно транслирует эти изменения всем остальным подключенным клиентам. Для подключения внешних приложений к Nucleus используются специальные плагины — Omniverse Connectors. Эти плагины действуют как мосты, переводя исходные форматы таких программ, как Autodesk 3ds Max, Maya, Blender, Unreal Engine, Revit, Catia, в универсальный язык USD. Именно благодаря коннекторам разнородные инструменты могут работать с одной сценой одновременно, сохраняя свою уникальную функциональность. На уровне визуализации и вычислений Omniverse опирается на флагманские технологии NVIDIA: RTX, PhysX и MDL. А для автоматизации задач и глубокой интеграции со сторонними системами платформа предлагает мощную поддержку Python, что открывает широкие возможности для глубокой кастомизации под нужды бизнеса.

Расскажем о трех основных направлениях использования платформы Omniverse:

Платформа позволяет создавать высокодетализированные цифровые копии реальных объектов любого масштаба — от отдельного станка до целого завода, города или транспортной системы. Эти двойники не просто визуализируют данные, но и отображают их в реальном времени, обеспечивая полную прозрачность и контроль над физическими активами. Это превращает статичную 3D-модель в динамическую, живую систему, которая постоянно синхронизирована с данными из IoT-датчиков и производственных систем.

Реализм симуляции в Omniverse обеспечивают передовые технологии NVIDIA, такие как движок физики PhysX и технологии трассировки лучей RTX. Это позволяет с высочайшей точностью моделировать поведение материалов, световые эффекты, динамику жидкостей и механические взаимодействия. Кроме того, платформа поддерживает интеграцию генеративного ИИ, который может использоваться для создания сложных анимаций, правдоподобного поведения объектов и даже интеллектуальных виртуальных персонажей.

Одно из фундаментальных преимуществ Omniverse — возможность одновременной работы над проектом множества распределенных команд, использующих разные программные пакеты. Это стало возможным благодаря использованию открытого стандарта Universal Scene Description (USD), разработанного Pixar. USD позволяет специалистам вносить изменения в модель, материалы или анимацию через свой пул инструментов и сразу видеть результат в общей сцене Omniverse.

Эффективность платформы Omniverse многократно усиливается за счет его тесной связи с другими технологиями Nvidia. К примеру, платформа Cosmos предоставляет массу полезных инструментов для выполнения сложнейших физических симуляций, обеспечивая максимальную точность при создании цифровых двойников. В свою очередь, фреймворк NeMo позволяет внедрять в виртуальную среду умных ИИ-агентов, полноценные языковые модели или мультимодальные нейросети для взаимодействия с пользователем, генерации контента и создания динамических виртуальных сценариев. А благодаря поддержке графических ускорителей NVIDIA RTX на базе архитектуры Hopper и Blackwell, рендеринг виртуальных пространств происходит с беспрецедентной скоростью, сохраняя фотореалистичность и делая цифровых двойников практически неотличимыми от оригинала.

Очевидно, что ключевыми преимуществами платформы являются значительное сокращение сроков проектирования, тестирования и строительства новых объектов за счет переноса этих процессов в виртуальное пространство. Omniverse стирает барьеры между данными из разных источников, объединяя их в единой среде. Наконец, платформа Omniverse предоставляет инструменты для выполнения визуализации высочайшего качества, что критически важно для принятия верных решений и эффективной презентации новых, инновационных проектов в разных экономических секторах. Конечно, у платформы есть ряд недостатков, вроде высоких системных требований или необходимости покупки дорогостоящей лицензии, однако все эти минусы нивелируются тем, что платформа Omniverse позиционируется как решение для крупнейших игроков на рынке, ресурсы и бюджет которых не будет обременен затратами на закупку ИИ-ускорителей, производительных CPU, периферийных устройств и лицензионных отчислений. К тому же, Nvidia решает проблему внедрения Omniverse своими усилиями, предлагая полноценное end-to-end решение с услугами развертывания инфраструктуры, ее настройкой и всем необходимым техническим сопровождением.

Сфера применения платформы чрезвычайно широка. В промышленном секторе инженеры используют её для создания и тестирования прототипов огромных фабрик в виртуальной среде, что значительно экономит время, ресурсы и бюджет. Градостроители моделируют транспортные потоки и планировку кварталов, оценивая влияние новых объектов на общую инфраструктуру и дизайн ландшафта. Образовательные учреждения и корпорации создают на основе Omniverse высокоточные тренажеры для обучения пилотов и операторов сложной техники. Для энергетической и военной индустрии использование Omniverse также имеет решающее значение, поскольку благодаря этой платформе инженеры могут предотвращать возникновение аварийных ситуаций, угрожающих жизни и здоровью персонала или гражданских лиц, прорабатывая тысячи возможных сценариев непосредственно в виртуальном пространстве. Не остается в стороне и индустрия развлечений, где Omniverse ускоряет разработку игр и интерактивных проектов, где основным лейтмотивом служат мультивселенные. 

Крупнейшие мировые компании уже сейчас используют Omniverse для оптимизации своих процессов. Концерн BMW создал точный цифровых двойников целого завода, что позволило планировать логистику и выявлять ошибки до начала строительства, а их главный конкурент в лице Mercedes-Benz применяет Omniverse и технологии NVIDIA для обучения человекоподобных роботов Apptronik Apollo, которые используются на сборочных линиях. Ericsson применяет платформу для симуляции развертывания и поведения 5G-сетей в условиях плотной городской застройки. Даже NASA моделирует с помощью Omniverse будущие космические миссии и взаимодействие роверов с поверхностью далеких планет. И это лишь малая часть всех компаний, которые активно внедряют Omniverse в свои производственные процессы, что свидетельствует о высочайшей эффективности этой платформы и ее повсеместном использовании в будущем. 

Будущее развитие Omniverse неразрывно связано с углублением интеграции искусственного интеллекта и расширения поддержки различных программных инструментов. В будущем мы увидим более тесное взаимодействие с NeMo и Cosmos, что приведет к появлению систем, способных к автоматической генерации сложных сценариев, ландшафтов и даже целых виртуальных миров без контроля со стороны инженеров и разработчиков. Другим важным направлением станет поддержка устройств виртуальной и дополненной реальности нового поколения, что еще больше стирает грань между цифровым и физическим мирами. 

NVIDIA Omniverse — это одно из самых инновационных программных решений, предоставляющее уникальную возможность переноса реальных объектов в виртуальное пространство вне зависимости от их размера и сложности. Потенциал платформы Omniverse может раскрываться в самых разных областях — от научных исследований и промышленности до индустрии развлечений, причем, скорость внедрения этой платформы поражает воображение. К тому же, платформа Omniverse не стоит на месте и постоянно совершенствуется, ведь Nvidia с каждым релизом устраняет различные недоработки своего продукта и внедряет новый функционал. В будущем, когда физический искусственный интеллект станет реальностью, а локальные языковые модели будут внедряться во все периферийные устройства, система Omniverse покажет себя с наилучшей стороны, сделав возможным создание полностью автономных фабрик, где вместо персонала работают умные андроиды и роботизированное оборудование, а всеми производственными процессами управляет мощная, высокоинтеллектуальная система.