工業(yè)設(shè)備數(shù)字孿生如何實(shí)現(xiàn)及如何通過(guò) GPU 進(jìn)行加速.docx

1、工業(yè)設(shè)備數(shù)字?jǐn)伾绾螌?shí)現(xiàn)及如何通過(guò)GPU進(jìn)行加速數(shù)字季生，就是針對(duì)物理世界的實(shí)體，通過(guò)數(shù)字化手段構(gòu)建一個(gè)數(shù)字世界 中的“完整分身”，能夠和物理實(shí)體保持實(shí)時(shí)的交互聯(lián)接，借助歷史數(shù)據(jù)、實(shí) 時(shí)數(shù)據(jù)以及算法模型等，通過(guò)模擬、驗(yàn)證、預(yù)測(cè)、控制物理實(shí)體全生命周期過(guò) 程，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體的了解、分析和優(yōu)化。數(shù)字?jǐn)伾诠I(yè)制造的應(yīng)用由于數(shù)字?jǐn)伾缙诘膽?yīng)用與工業(yè)制造領(lǐng)域密不可分，因此工業(yè)制造 也是數(shù)字?jǐn)伾闹饕獞?zhàn)場(chǎng)。產(chǎn)品研發(fā)階段在工業(yè)制造領(lǐng)域，要完成產(chǎn)品部件的設(shè)計(jì)修改，尺寸裝配，通常需要 反復(fù)嘗試，耗費(fèi)大量人力物力。利用數(shù)字?jǐn)伾梢詾楣I(yè)生產(chǎn)建立起虛擬空 間，在該技術(shù)之下，工程設(shè)計(jì)師不僅能看到產(chǎn)品外部變化，更使

2、內(nèi)部零件 動(dòng)態(tài)的觀察成為可能。例如，通過(guò)數(shù)字3D模型，我們可以看到汽車在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi) 部的每一個(gè)零部件、線路、各種接頭的每一次變化，從而大幅降低產(chǎn)品的 驗(yàn)證工作和工期成本。制造生產(chǎn)階段在制造生產(chǎn)中，建立一個(gè)生產(chǎn)環(huán)境的虛擬版本，用數(shù)字化方式描敘整 個(gè)制造環(huán)境，在虛擬數(shù)字空間中進(jìn)行設(shè)備診斷、過(guò)程模擬等仿真預(yù)測(cè)，可以 有效防止現(xiàn)場(chǎng)故障、生產(chǎn)異常產(chǎn)生的嚴(yán)重后果。將生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)流程實(shí)現(xiàn)數(shù)字可視化。從設(shè)備上的傳感器 中導(dǎo)入數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到設(shè)備每個(gè)部位的軸溫、開(kāi)機(jī)時(shí)長(zhǎng)、當(dāng)前生產(chǎn)階段、 設(shè)備利用率、產(chǎn)量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息。那如何通過(guò)GPU加速，就是將上述的需要圖像化的和數(shù)據(jù)建模的場(chǎng)景, 在這種邏

3、輯性不強(qiáng)，但計(jì)算強(qiáng)度高的場(chǎng)景時(shí)，GPU加速就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了 CPU 的能力。NVIDIA Omniverse是專為虛擬協(xié)作和物理屬性準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)模擬打造 的開(kāi)放式平臺(tái)。合作者們?cè)诓煌臋C(jī)器上跨多個(gè)應(yīng)用程序工作，通過(guò)不同的應(yīng)用軟件 建模道具，建立環(huán)境，紋理繪制，照明，或添加動(dòng)畫(huà)或效果等等，每個(gè)應(yīng)用 程序組成他們的場(chǎng)景的一部分，它們每個(gè)都連接到Omniverse Nucleus ,這是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)和協(xié)作引 擎，用來(lái)進(jìn)行3D資產(chǎn)和場(chǎng)景描述的交換。每個(gè)連接的用戶都只是傳遞和 接收變化的增量作為USD片段，這使他們能夠?qū)崟r(shí)看到共享場(chǎng)景的變化。 Omniverse是一個(gè)基于物理的平臺(tái)，集成了 NVIDIA的核心模

4、擬技術(shù)，用 于材料、物理、AI和實(shí)時(shí)光線和路徑跟蹤渲染。因此，構(gòu)建在Omniverse 中的場(chǎng)景是遵循物理定律，是真實(shí)的。對(duì)于一些developer或者ISV partner, Omni verse有下列一些基礎(chǔ) 組件：o Omniverse Connect打開(kāi)了門戶，允許設(shè)計(jì)軟件工具連接到 Omniverse 平臺(tái)并保存 USD (Universal Scene Description)和 MDL (MATERIAL DEFINITION LANGUAGE)內(nèi)容。有了 Omni verse ,用 戶可以繼續(xù)在他們喜愛(ài)的行業(yè)軟件應(yīng)用程序中工作Omniverse Nucleus允許用戶存儲(chǔ)、共享

5、和協(xié)作項(xiàng)目數(shù)據(jù)，并提供跨多個(gè)應(yīng)用程 序?qū)崟r(shí)協(xié)作的獨(dú)特能力。Nucleus在本地機(jī)器上工作，在場(chǎng)地上， 或在云上。o Omniverse Kit是一個(gè)強(qiáng)大的工具包，開(kāi)發(fā)者可以創(chuàng)建新的 Omniverse應(yīng)用程序和擴(kuò)展。o Omniverse Simulation由NVIDIA的核心技術(shù)提供動(dòng)力，這些技術(shù) 可以模擬世界，包括PhysX、Flow、Blast和剛體動(dòng)力學(xué)。o Omniverse RTX Renderer 是一種先進(jìn)的，基 于 NVIDIA RTX 多 GPU 渲染器，支持實(shí)時(shí)光線跟蹤和超快速路徑跟蹤。Omniverse APPS是專為加速不同工作流而設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序。 Omni ver

6、se APPS 可以由第三方開(kāi)發(fā)者在Omniverse Kit上構(gòu)建。對(duì)于 上層industry用戶，我們有一些生成好的如下application：O Omniverse View支持建筑和工程項(xiàng)目的無(wú)縫協(xié)作設(shè)計(jì)和身臨其境的 可視化以及逼真的渲染。o Omniverse Create加速了高級(jí)場(chǎng)景合成，并允許用戶在Pixar USD 中實(shí)時(shí)交互地組裝、照明、模擬和渲染場(chǎng)景。o Omniverse Machinima是為GeForce RTX玩家構(gòu)建的，以混合和渲 染視頻游戲的。o Omniverse Audio2Face從一個(gè)音頻源生成表情動(dòng)畫(huà)，這是AI的一 項(xiàng)應(yīng)用。o Omniverse Kaolin是一個(gè)強(qiáng)大的可視化工具，使用NVIDIA s Kaolin PyTorch library簡(jiǎn)化和加速3D深度學(xué)習(xí)研究。在DL深 度學(xué)習(xí)，OpenCV可視化方面，通常用點(diǎn)云方式或者代碼工程師自己 寫(xiě)OpenGL代碼，但往往可視化效果都是比較差的，想實(shí)現(xiàn)光照效果