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浪潮信息劉軍：元宇宙是數實融合的數字載體，MetaEngine是新基礎設施

來源：中關村在線 2022-04-21 16:14:07

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近日，浪潮信息副總裁、AI&HPC產品線總經理劉軍受邀出席新智元“元宇宙新人類”論壇，在《元宇宙服務器MetaEngine》主題報告中，分享了浪潮信息對元宇宙的認知，元宇宙面臨的技術挑戰(zhàn)，以及如何打造元宇宙新型基礎設施的見解。

以下基于演講實錄整理。

元宇宙是數實融合的數字載體

數實融合當前已經成為一種潮流的趨勢，當數字技術日益融入經濟社會發(fā)展各領域、全過程，持續(xù)推動著物理世界數字化、數字世界智慧化，逐漸形成了一場涵蓋個人生活方式、社會生產方式和國家治理方式的全面變革。

數實相融就是數字化世界同物理世界的融合，用數字世界來引導現(xiàn)實世界的運行，用數字世界的智慧化實現(xiàn)現(xiàn)實世界的智慧化。

元宇宙本質上是更高度的數實融合，它是數實融合的數字載體，這里我們以數字孿生和虛擬人為例來談談。

數字孿生是元宇宙的數字空間基礎，它可以將物理對象以數字化的方式在虛擬空間進行動態(tài)呈現(xiàn)，它的應用體現(xiàn)在多個方面，比如孿生工廠，可以動態(tài)的呈現(xiàn)從生產制作的全過程動態(tài)管理，實現(xiàn)運轉效率的大幅提升；孿生城市可以在數字世界推演天氣環(huán)境、人口土地、產業(yè)交通等要素的交互運行，繪制城市畫像，幫助城市規(guī)劃、城市治理的效率提升；孿生基建可以讓我們在修建高速公路、樓體建筑時，在數字世界對工程進行仿真模擬，評估結構和承力，在工程交付后的維護階段評估工程是否可以承擔特殊情況的壓力，以及監(jiān)測可能出現(xiàn)的事故隱患。

數字虛擬人是元宇宙的重要實體（Entity）和生態(tài)，就像是元宇宙世界中的公民，是人類身份在虛擬世界的載體。利用數字虛擬人，人們也可以提升很多工作效率，比如虛擬主播可以7*24小時的進行新聞播報，可以讓人們全天候的了解天下大事，虛擬醫(yī)生可以通過打通就診數據、跟蹤上萬種細微指標特征差異，打破時間和空間，實現(xiàn)醫(yī)生就診病人從1對1轉變?yōu)?對多管理，虛擬模特在疫情下緩解了模特緊缺的市場情況，解決模特的供不應求。

元宇宙：認知世界再現(xiàn)世界

元宇宙，可以說是一個認知世界、再現(xiàn)世界的過程，這個過程涉及到在線協(xié)同建模、高精度仿真、實時渲染、智能交互等多個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)下都有對應的關鍵技術、軟件棧和算法工具。

首先，構建元宇宙需要進行3D建模，最近比較前沿的還有AIGC（利用GAN/多模態(tài)模型生成內容創(chuàng)作），這部分的工作需要多人在線協(xié)同構建。

由多人在線協(xié)同生成3D模型生成后，需要在元宇宙中仿真運行，通過結構仿真、感知仿真和控制仿真可以對模型進行驗證，如果說建模是對物理實體理解的模型化，那么仿真就是驗證和確認這種理解的正確性和有效性的工具。

通過光線追蹤、光柵化、數據流傳輸可以讓虛擬人、數字世界更加逼真，為用戶帶來超現(xiàn)實的感官體驗，呈現(xiàn)出一個更加豐富多彩的數字世界，擁有逼近現(xiàn)實世界一樣的沉浸感。

利用CV/NLP/ASR/TTS等AI技術，讓數字世界的虛擬人可以能聽、會說、能交互，從而打破數字世界和物理世界的邊界，實現(xiàn)線上線下的交融。

元宇宙通過以上多個環(huán)節(jié)、多個工具才能達到超越感官、智能交互的水平，像現(xiàn)實世界一樣豐富多彩。

元宇宙需要強大的算力基礎設施

元宇宙的出現(xiàn)和發(fā)展帶來的不僅有精彩，還有挑戰(zhàn)，元宇宙構建的各個環(huán)節(jié)都需要用到不同類型的算力支撐，也就是元宇宙的算力基礎設施。

大規(guī)模、高復雜的數字孿生空間、數字人和其他實體角色的建模需要眾多設計師協(xié)同創(chuàng)作完成，現(xiàn)實世界和數字世界的交互則需要實時、高清的3D渲染算力和低延遲的網絡數據傳輸，增加了云端協(xié)同的處理需求。

元宇宙的應用會涉及到動力、熱力、流體等多類物理仿真，這需要用到高精度的數值計算，來支撐物理仿真和科學可視化。

讓數字世界無限接近現(xiàn)實世界，需要高逼真、沉浸感的3D場景構建和渲染。舉個iMax3D電影的例子，比如《戰(zhàn)斗天使阿麗塔》這部電影，其中阿麗塔高度擬真的視覺特效令人震撼，這樣以假亂真的渲染效果來源于巨大的算力消耗：主角13萬根發(fā)絲每根都需要進行單獨渲染，僅1幀畫面渲染就要耗費100個小時，而元宇宙的渲染不僅只涉及一個虛擬人，還包括建筑、城市等其他元素，這需要巨量的圖形圖像計算支撐。

同時，元宇宙還會涉及到人機交互等AI應用場景，由AI驅動的數字人往往需要結合語音識別、NLP、DLRM等AI算法從而實現(xiàn)交互能力，這些模型的背后需要強大的AI算力來支撐其訓練和推理需求。

可以看到，要構建高度擬真的數字世界并實現(xiàn)數億用戶實時交互的“元宇宙”，當前面臨著場景規(guī)模大、場景復雜度高，以及多設計師和多部門協(xié)作、極高逼真數字元素制作，實時渲染、仿真和交互等諸多挑戰(zhàn)，并對支撐元宇宙構建和運轉的核心源動力——算力提出更高的要求。這種要求不僅僅是高性能、低延遲、易擴展的硬件平臺，還有端到端、生態(tài)豐富、高易用的軟件棧。

浪潮元宇宙服務器MetaEngine

浪潮元宇宙服務器MetaEngine正是為滿足這些苛刻要求而設計的軟硬一體化基礎設施。

作為元宇宙生態(tài)的底層算力支撐平臺，MetaEngine將承載元宇宙構建和運行所需的技術和工具，提供對AI、渲染、仿真、建模等負載的算力支持，滿足元宇宙創(chuàng)建所需的“協(xié)同創(chuàng)建、實時渲染、高精仿真、智能交互”4大作業(yè)環(huán)節(jié)的不同類型算力需求，并通過高速、無阻塞的網絡信道，按需擴展至大規(guī)模算力集群。浪潮元宇宙服務器結合業(yè)界最強軟硬件生態(tài)，協(xié)同優(yōu)化加速數字孿生世界構建，為用戶打造高效的元宇宙協(xié)同開發(fā)體驗。單臺元宇宙服務器即可支持256位元宇宙架構師協(xié)同創(chuàng)作，每秒AIGC2000個數字場景，1000位VR/AR用戶共享10K超高清3D數字世界順暢體驗。

元宇宙服務器產品方案架構

在硬件上，MetaEngine采用浪潮領先的異構加速服務器的旗艦系統(tǒng)，支持最先進的CPU和GPU，具有強大的RDMA通信和數據存儲能力，支持強大的渲染和AI計算能力。

在軟件上，可以支持對應每個作業(yè)環(huán)節(jié)的各類專業(yè)軟件工具，用戶可以根據使用習慣靈活選擇，同時系統(tǒng)集成了NVIDIAOmniverse Enterprise，為用戶準備了豐富的開發(fā)套件，包括專門用于結構、感知、控制仿真的SimulationSDKs，用于渲染、實時光追、AI降噪的SDKs，用戶可以通過Kit功能將這些不同的SDK進行模塊化的組合，快速完成定制化App或者微服務的開發(fā)，當然這里已經為用戶準備好了一些廣泛適用的App比如用于建模和渲染的Create，用于可視化的View，更為重要的是，用戶通過App開發(fā)的內容可以通過數據庫和協(xié)作引擎NUCLEUS，建模工具互聯(lián)插件CONNECT與第三方專業(yè)軟件工具無縫連接，目前CONNECT已經提供了20多種Plugins，支持與3DSMAX、UE、MAYA等軟件互聯(lián)。

MetaEngine的目標是構建一個端到端、生態(tài)豐富和高易用的協(xié)作平臺，為用戶打造一站式元宇宙開發(fā)體驗。

MetaEngine全面支持Omniverse

當前，MetaEngine已經全面支持英偉達的OmniverseEnterprise，將高性能GPU的圖形計算、AI計算與高速存儲訪問、低延遲網絡和精確計時相結合，是一個數據中心級的軟硬一體解決方案，專用于為大規(guī)模數字孿生提供算力和應用支持，以實時創(chuàng)建和運行非常復雜的模型和逼真的仿真環(huán)境。

目前的MetaEngine元宇宙服務器集成A40的專業(yè)GPU，CX6Dx高速網卡，并與企業(yè)級管理和編排軟件相結合，為用戶準備了豐富的建模、渲染、仿真套件。同時，可以將32臺MetaEngine組合成為1個集群式的可擴展單元，多個可擴展單元可以繼續(xù)橫向擴展組成更大規(guī)模集群，可提供非凡的計算性能和超高的網絡帶寬，滿足工廠、城市乃至更大規(guī)模復雜仿真和實時數字孿生的需求。

在這里，我也將為大家分享如何用浪潮MetaEnigne創(chuàng)建數字孿生和虛擬人。

MetaEngine創(chuàng)建數字孿生

首先，以新品設計、流水線調度生產、上市為例，談一談MetaEngine如何創(chuàng)建運行數字孿生，來優(yōu)化工作流，提高生產效率。當生產及需求達到一定規(guī)模時，生產、配送、分揀的過程就成為了一個系統(tǒng)工程性問題，如飲料、汽車等各行業(yè)的大規(guī)模制造公司。使用數字孿生讓虛擬世界的高精仿真代替現(xiàn)實世界的運行，在產品設計生產、調配之前，模擬其過程取得物理裝置最優(yōu)的參數配置，提高效率贏得市場。

如何建造一個流水線上的數字孿生？MetaEngine提供元宇宙構建所需的多元算力和Omniverse組件，為構建和運行該數字孿生提供基礎能力。

首先是在線建模，按照1：1數字模型創(chuàng)建工廠的建筑、流水線等生產交付全過程。Connect組件提供20多個第三方建模軟件的連接插件，允許用戶使用第三方建模工具接入協(xié)同建模，Omniverse使用統(tǒng)一數據格式USD與第三方建模軟件（SketchUp/Revit）進行數據交互，Nucleus數據庫提供多人數據管理功能，允許多用戶同時修改可視化、渲染3D-USD文件。

高精仿真階段使用Simulation組件仿真新產品的材質及物理屬性，根據高逼真的虛擬物品，使用Replicator完成仿真環(huán)境的部署、搭建。Omniverse豐富的材質庫可以為設計模擬物品，提供更好的逼真度，配合使用物理仿真、動畫制作的軟件（Ansys/Houdini）可以完成整個流水線和物品的高精仿真；Replicator組件則根據仿真結果生成AI模型訓練需要的合成數據環(huán)境。

實時渲染階段，使用Renderer組件對仿真環(huán)境中的材質、光照條件實時渲染畫面，生成用于訓練AI模型的合成數據。根據合成數據在MetaEngine中訓練我們的AI視覺模型，提供物理實體及流水線流程的監(jiān)控及理解。

智能交互階段，將在MetaEngine中訓練完成的AI模型部署于物理環(huán)境與虛擬環(huán)境，虛擬環(huán)境中的AI推理指導物理實體行為，物理環(huán)境中實際反應再返回虛擬環(huán)境指導模型融合訓練。虛擬世界中如檢測到畫面中的擁堵或者空閑，可以反饋到物理流水線改變作業(yè)狀態(tài)，反之物理流水線上真實的結果可以生成真實數據繼續(xù)更新AI模型。

MetaEngine創(chuàng)建虛擬數字人

我們再以高逼真的交互型虛擬數字人的制作及使用為例，依然按照“協(xié)作建模---高精仿真---實時渲染---智能交互”的作業(yè)流程來看如何用MetaEngine創(chuàng)建虛擬人。

首先可以使用UEMetahuman/CHARACTER CREATOR配合OmniverseNucleus/Connect進行3D人物形象及人臉建模。然后通過高精仿真，讓虛擬數字人更加自然、真切的與我們交流，比如對毛發(fā)的模擬，12萬根毛發(fā)如何在風中飛舞，這得需要強大的算力支撐，還需要借助AI模型生成逼真的手勢和面部表情。

再就是實時渲染，MetaEngine中的OmniverseRTX Renderer可以提供實時渲染能力，讓人物動畫及其場景實時立體地展示在我們面前，通過屏幕或XR設備進行溝通交流。

最后是智能交互使用，這塊需要有大量的AI模型提供支撐，把整個智能交互的流程放大來看。用戶首先通過語音和視頻分別通過ASR和VisionAI模型進行推理，得到文本及視頻動作理解；將文本、動作理解融合送入的NLP語言模型如源1.0生成語言文本，再將語言文本轉化為語音或動作語言表述，通過TTS模型將文本轉化為語音，語音驅動Avatar制作的虛擬數字人，產生面部行為（audio2face應用）動作手勢（audio2gesture），并通過RTXRenderer實時渲染能力生成動畫視頻作為輸出與用戶交互。

當然，元宇宙不僅只有數字孿生和虛擬人。元宇宙要實時地映射現(xiàn)實世界，在元宇宙中再現(xiàn)工業(yè)、農業(yè)、服務業(yè)、社會、經濟、文化、城市、鄉(xiāng)村、地球等現(xiàn)實世界，用戶“身臨其境”地在其中社交、娛樂、會議、協(xié)作、旅游、購物、教育，所有人都可以在其中互動，要達到這樣的目標，還有很長的路要去走，需要不斷探索和發(fā)現(xiàn)更有效率的實現(xiàn)元宇宙的創(chuàng)新技術和方案。

如同發(fā)展汽車產業(yè)需要高速公路一樣，汽車是應用，公路是基礎設施，元宇宙也需要基礎設施。MetaEngine元宇宙服務器即是浪潮為加速元宇宙產業(yè)提出的算力基礎設施。

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