利用通用场景描述优化建筑 3D 建模协作
2023-02-28 11:18
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3D 建模工作流需要使用各种专业工具，因而具有高度的复杂性。随着数字孪生逐渐兴起，3D 建模工作流正在为各行业开辟新的可能性，如机器人、自动驾驶汽车、科学可视化和建筑工程等领域。尤其在建筑、工程、施工和运营（AECO）行业，数字孪生具有深远的应用潜力。
3D 建筑设计项目皆由专业人员组成的团队运行，其中包括工程师、建筑师、多学科设计师和可视化艺术家等。团队中的每个成员都有各自的专业技能，因而都需要特定的工具、工作流和工作环境。当进行建筑设计时，团队中的每个成员都希望能够运用其惯用的 3D 工作流与工具，并与其需要的人展开合作。
若要连接创作者的 3D 工作流，则需要一个既能不破坏协作流程、又能在第三方 3D 生态系统之间实现互操作的标准交换格式。目前，基于通用场景描述（USD）的 NVIDIA Omniverse 平台可用于满足以上需求。
USD 是一种开放、可扩展的交换格式。该格式由皮克斯动画工作室开发，最初用于电影制作，现在则已被应用于全球各个行业的各类 3D 建模和模拟工作流。
整合 Autodesk Revit 和 Trimble SketchUp 等 3D 建筑软件
USD 优化了 3D 建模工具和 3D 设计项目的开发人员之间的互操作性和协作水平。例如，USD 支持用户将 Rhino Grasshopper 的对象置于 Autodesk Revit 内的建筑之中等。用户还能够在 Trimble SketchUp 中绘制部分项目，而后将其与 Rhino 中的其他模型相连接。
基于 USD 构建的 NVIDIA Omniverse 平台，可赋能使用 SketchUp 等多个不同建筑软件的用户，使其可在同一个协作环境中开展工作。例如，在同一个项目上工作的 Rhino 用户和 Revit 用户可借助 Omniverse Connectors（如 Rhino 和 Revit）轻松展开协作。
此外，USD 还支持不同的专业人员（如动画师、照明专家等）能够在互不影响的情况下，在同一个协作环境中开展工作。
NVIDIA Omniverse 是一个基于 USD 的可扩展平台，可用于构建自定义 3D 工作流和模拟大型虚拟世界。建筑团队可通过 NVIDIA Omniverse，使用功能强大、开箱即用的 USD 工具和参考应用连接其现有的 3D 工作流，还能从领先的行业工具中获取和汇总全保真 3D 模型及 CAD 模型，并对其进行实时模拟。
NVIDIA Omniverse 能将数据文件格式从 RVT 、DWG 、 3DM 、 FBX 、 OBJ 、 PDF 和 XLS 等转换成 USD 格式。为实现更高保真度的互操作性，NVIDIA 及合作伙伴构建了名为 “Connectors” 的插件，可赋能 NVIDIA Omniverse 与第三方的软件工具之间（如计算机辅助设计（CAD）、建筑信息建模（BIM）以及 3D 建模等），实现更高水平的无缝数据交换和实时更新。这些工具包括：
Autodesk Revit
Autodesk 3ds Max
Autodesk Maya
McNeel Rhino/Grasshopper
Trimble SketchUp
Graphisoft Archicad
借助 USD 改进项目装配
USD 包含各种灵活的用户友好型组件。这些组件通过功能分层，可支持多位设计者在项目进程中并行工作，以改进项目装配。
每个 USD 场景都是由用户所需的众多 USD 文件所组成。USD 由分层数据结构组成，因而其文件格式又被称为“层”，可用于创建、表示和修改虚拟世界。因此，USD 文件与位于磁盘或云中的其他文件截然不同。
一个建筑设计场景中可能会包含场地、地基、屋顶和大厅等多个 USD 文件。每个文件都可以引用或包含其他 USD 文件，用以构建由材质、照明、三角形等共同构成的高质量场景。
图 1：用于建筑设计的 USD 文件，包括场地、地基、外墙和屋顶
USD Layers 和 Sublayers 可用于组织跨部门的实时工作流，例如在已有场景层结构之上开展布局、动画和模拟等。这些可编辑 USD 层中，较高的层可覆盖较低的层。
USD References 可基于用户所构建的虚拟世界之外的基本层次结构，将较小的场景描述单元整合为较大的集合。USD Playload 是一种特殊的引用文件，可帮助用户实现大体量数据的延迟加载以提升场景性能表现。USD Variant 支持先进的可选性工作流。
例如，一个树木变体集可引用三个分别代表苹果树、杜松树和云杉树变体的独立文件。用户可通过变体集，在同一场景中快速混合和匹配相关选项，以便推进决策制定流程。
图 2：多人可在同一场景中开展实时协作，在大厅中编辑照明、资产和材质等组件
利用 NVIDIA Omniverse
改进模拟和设计工作流
建筑、工程和施工领域的相关应用和分支行业纷繁复杂，不可避免地会导致不同应用下的工作流变得较为孤立。但若将各应用中的数据转换成 USD 格式，就能打破这些应用间的相互孤立状态，实现应用间的轻松“交流”。
通过将应用与可扩展的 USD 组件及子系统（如自定义模式和渲染器）进行集成，用户便可在其中加入可视化、几何体、数据计算等更多功能来扩展应用的能力。
另外，在工作流中使用 USD 来实现通用交换，可以解决用户在工具方面存在的障碍。基于此，用户无需具备技术软件专业知识就可访问各种设计工具。
图 3：集成 AECO 领域的应用与 USD 后，就可通过扩展程序和微服务引入更多功能
USD 是 NVIDIA Omniverse 平台的基础。NVIDIA Omniverse 拥有规模庞大且持续丰富的连接器库，可用于连接各种先进的 3D 工具。用户可利用 CAD Converter 扩展程序，轻松地在 NVIDIA Omniverse 中实现项目导入或导出。该扩展程序作为 NVIDIA Omniverse 的一部分，可支持 30 多种文件类型的导入和导出。
如需进一步了解如何在建筑、设计、工程和施工领域的项目中使用 USD，请观看以下关于“如何在整个 3D 建筑设计流程中进行实时协作”的演示视频：
如何使用 NVIDIA Omniverse 实现建筑领域设计和模拟方面的协作
用户可免费注册并参与将于 2023 年 3 月 20 日至 23 日举行的 NVIDIA GTC 大会，在会上探索人工智能（AI）、加速计算等方面的最新技术突破。本届 GTC 大会还将面向建筑师、工程师和设计师以及为虚拟世界构建 3D 应用程序、扩展程序和微服务的开发者，开设多场精彩分会。
