工业设备数字孪生如何实现及如何通过 GPU 进行加速.docx

1、工业设备数字挛生如何实现及如何通过GPU进行加速数字季生，就是针对物理世界的实体，通过数字化手段构建一个数字世界 中的“完整分身”，能够和物理实体保持实时的交互联接，借助历史数据、实 时数据以及算法模型等，通过模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过 程，实现对物理实体的了解、分析和优化。数字挛生在工业制造的应用由于数字挛生早期的应用与工业制造领域密不可分，因此工业制造 也是数字挛生的主要战场。产品研发阶段在工业制造领域，要完成产品部件的设计修改，尺寸装配，通常需要 反复尝试，耗费大量人力物力。利用数字挛生可以为工业生产建立起虚拟空 间，在该技术之下，工程设计师不仅能看到产品外部变化，更使

2、内部零件 动态的观察成为可能。例如，通过数字3D模型，我们可以看到汽车在运行过程中发动机内 部的每一个零部件、线路、各种接头的每一次变化，从而大幅降低产品的 验证工作和工期成本。制造生产阶段在制造生产中，建立一个生产环境的虚拟版本，用数字化方式描叙整 个制造环境，在虚拟数字空间中进行设备诊断、过程模拟等仿真预测，可以 有效防止现场故障、生产异常产生的严重后果。将生产环境、生产数据、生产流程实现数字可视化。从设备上的传感器 中导入数据，实时监测到设备每个部位的轴温、开机时长、当前生产阶段、 设备利用率、产量等关键数据信息。那如何通过GPU加速，就是将上述的需要图像化的和数据建模的场景, 在这种逻

3、辑性不强，但计算强度高的场景时，GPU加速就远远超过了 CPU 的能力。NVIDIA Omniverse是专为虚拟协作和物理属性准确的实时模拟打造 的开放式平台。合作者们在不同的机器上跨多个应用程序工作，通过不同的应用软件 建模道具，建立环境，纹理绘制，照明，或添加动画或效果等等，每个应用 程序组成他们的场景的一部分，它们每个都连接到Omniverse Nucleus ,这是一个数据库和协作引 擎，用来进行3D资产和场景描述的交换。每个连接的用户都只是传递和 接收变化的增量作为USD片段，这使他们能够实时看到共享场景的变化。 Omniverse是一个基于物理的平台，集成了 NVIDIA的核心模

4、拟技术，用 于材料、物理、AI和实时光线和路径跟踪渲染。因此，构建在Omniverse 中的场景是遵循物理定律，是真实的。对于一些developer或者ISV partner, Omni verse有下列一些基础 组件：o Omniverse Connect打开了门户，允许设计软件工具连接到 Omniverse 平台并保存 USD (Universal Scene Description)和 MDL (MATERIAL DEFINITION LANGUAGE)内容。有了 Omni verse ,用 户可以继续在他们喜爱的行业软件应用程序中工作Omniverse Nucleus允许用户存储、共享

5、和协作项目数据，并提供跨多个应用程 序实时协作的独特能力。Nucleus在本地机器上工作，在场地上， 或在云上。o Omniverse Kit是一个强大的工具包，开发者可以创建新的 Omniverse应用程序和扩展。o Omniverse Simulation由NVIDIA的核心技术提供动力，这些技术 可以模拟世界，包括PhysX、Flow、Blast和刚体动力学。o Omniverse RTX Renderer 是一种先进的，基 于 NVIDIA RTX 多 GPU 渲染器，支持实时光线跟踪和超快速路径跟踪。Omniverse APPS是专为加速不同工作流而设计的应用程序。 Omni ver

6、se APPS 可以由第三方开发者在Omniverse Kit上构建。对于 上层industry用户，我们有一些生成好的如下application：O Omniverse View支持建筑和工程项目的无缝协作设计和身临其境的 可视化以及逼真的渲染。o Omniverse Create加速了高级场景合成，并允许用户在Pixar USD 中实时交互地组装、照明、模拟和渲染场景。o Omniverse Machinima是为GeForce RTX玩家构建的，以混合和渲 染视频游戏的。o Omniverse Audio2Face从一个音频源生成表情动画，这是AI的一 项应用。o Omniverse Kaolin是一个强大的可视化工具，使用NVIDIA s Kaolin PyTorch library简化和加速3D深度学习研究。在DL深 度学习，OpenCV可视化方面，通常用点云方式或者代码工程师自己 写OpenGL代码，但往往可视化效果都是比较差的，想实现光照效果