Phát triển mô hình Digital Twin 3D trên Dell PowerEdge R760xa với nền tảng ảo hóa NVIDIA Omniverse

Giới thiệu

Digital Twins là bản sao ảo chính xác về mặt vật lý của tài sản, quy trình hoặc môi trường. Digital Twins đang ngày càng trở nên phổ biến với các tổ chức muốn hưởng lợi từ việc ra quyết định kịp thời và tốt hơn. Ví dụ, việc có một bản sao ảo được số hóa của các nguồn lực trong thế giới thực có thể giúp các doanh nghiệp xác định và ngăn ngừa các sai lầm tốn kém hoặc bất thường trước khi chúng xảy ra.

Mô hình Digital Twin có thể được áp dụng cho nhiều tình huống thực tế, cả lớn lẫn nhỏ! 

Hình 1: Bản sao thời tiết thời gian thực

Xem Xây dựng bản sao kỹ thuật số của Trái đất trong Omniverse .

Thách thức kỹ thuật

Việc triển khai Digital Twin là một công việc phức tạp và khó khăn hơn nhiều vì không có phương pháp nào “phù hợp với tất cả”.

Hình 2: Ví dụ về các thuộc tính của Bản sao kỹ thuật số 3D được đồng bộ hóa theo thời gian thực

Xem 5 bước để bắt đầu với Bản sao kỹ thuật số . 

Bài viết này mô tả cách máy chủ Dell Technologies PowerEdge R760xa , kết hợp với nền tảng NVIDIA Omniverse , có thể được sử dụng trong quá trình phát triển quy trình công việc Digital Twin 3D có độ chính xác vật lý. 

Đa vũ trụ

NVIDIA Omniverse là nền tảng API, SDK và dịch vụ cho phép các nhà phát triển dễ dàng tích hợp công nghệ dựng hình Universal Scene Description (OpenUSD) và RTX vào các công cụ phần mềm và quy trình mô phỏng hiện có để xây dựng hệ thống AI và các trường hợp sử dụng 3D Digital Twin.

Hệ sinh thái Omniverse được thiết kế từ đầu để cho phép phát triển các công cụ và quy trình làm việc mới từ đầu với các mẫu ứng dụng nền tảng tùy chỉnh hoặc SDK dễ sửa đổi. 

Đặt nền tảng cho môi trường Digital Twin

Hình 3: Ngăn xếp Omniverse ảo hóa trên máy chủ Dell PowerEdge 760xa

Hình 4: Mặt trước và mặt trên của máy chủ Dell PowerEdge 760xa 

Để biết cấu hình mẫu, hãy tham khảo Hướng dẫn kỹ thuật Dell PowerEdge R760xa .

Máy chủ PowerEdge R760xa được thiết kế để đáp ứng các nhu cầu đa dạng của Digital Twin như mô hình hóa 3D, mô phỏng vật lý, kết xuất hình ảnh, thị giác máy tính, robot, điện toán biên, đào tạo AI và suy luận.

Bước những bước đầu tiên vào Omniverse

Bước một: Launcher là cổng vào Omniverse của bạn

Launcher là giao diện người dùng dễ truy cập để kích hoạt và tìm hiểu về nền tảng Omniverse.

Trong Launcher, hãy nhấp vào tab Exchange để tải xuống, cài đặt và cập nhật Omniverse Apps and Connectors. Connectors mở rộng khả năng của Omniverse để tích hợp với nhiều ứng dụng và dịch vụ như CAD, GIS và VR.

Hình 5: Tab Trao đổi Trình khởi chạy

Bước hai:

USD Composer là một mẫu ứng dụng nền tảng được xây dựng bằng NVIDIA Omniverse Kit. Nó tận dụng các khả năng quy trình làm việc 3D tiên tiến của OpenUSD như các lớp, biến thể, thể hiện và bộ đệm hoạt hình. USD Composer cho phép bạn phát triển và biên soạn các cảnh 3D chính xác về mặt vật lý. 

Lưu ý: Xem hình 7 mô tả cảnh dây chuyền lắp ráp được tạo bằng USD Composer.

Xây dựng cảnh 3D 

Đối với các tổ chức muốn đưa ra quyết định sáng suốt và kịp thời hơn bằng cách mô phỏng các nguồn lực thực tế của họ—chẳng hạn như dây chuyền sản xuất, thiết kế nhà kho/nhà máy và khả năng phát hiện bất thường của AI bằng thị giác máy tính—thì việc tạo ra các mô hình 3D có độ chính xác cao phản ánh vật lý thực tế là rất quan trọng. 

Tài sản SimReady

Chỉ có các mô hình 3D chứa các tài sản ảo có độ chính xác về mặt hình ảnh là chưa đủ. Để mô phỏng có chiều sâu, các tài sản 3D cũng phải thể hiện các đối tác trong thế giới thực của chúng càng gần càng tốt. NVIDIA đang nỗ lực tạo ra một thông số kỹ thuật chuẩn 3D mới có tên là  tài sản SimReady . Các tài sản này là các khối xây dựng cho thế giới ảo.

Các nền tảng mô phỏng, chẳng hạn như Omniverse, có thể tận dụng các tài sản SimReady (thông tin và siêu dữ liệu) để làm cho mô hình hóa tình huống hữu ích hơn nhiều cho nghiên cứu và đào tạo một sản phẩm hoặc hệ sinh thái cụ thể. 

Xem hình 6 và 7 bên dưới mô tả quá trình phát triển của một cảnh dây chuyền lắp ráp ô tô cơ bản với cả nội dung trực quan và SimReady. 

Hình 6: Ví dụ về danh mục tài sản Omniverse

Hình 7: Cảnh dây chuyền lắp ráp 3D được dựng từ nhiều góc nhìn khác nhau

Hình 8: Hình ảnh cận cảnh của một cảnh dây chuyền lắp ráp

NVIDIA Omniverse RTX Renderer là công nghệ kết xuất mạnh mẽ cung cấp khả năng kết xuất thời gian thực và ngoại tuyến. 

RTX – Chế độ thời gian thực cho phép hiển thị nhiều hình học hơn so với các phương pháp rasterization truyền thống trong khi vẫn duy trì độ trung thực cao. Phù hợp với các ứng dụng thời gian thực.

Ở chế độ  RTX – Interactive (Path Tracing) , trình kết xuất sử dụng thuật toán dựa trên path tracing để đạt được kết quả chân thực. Chế độ này lý tưởng cho các tình huống mà chất lượng được ưu tiên hơn hiệu suất thời gian thực với độ phân giải 4k hoặc thấp hơn. Sự cân bằng giữa chất lượng và hiệu suất phụ thuộc vào trường hợp sử dụng nhất định.

Hiệu suất và tính linh hoạt

Tiện ích dòng lệnh NVIDIA-SMI (hình 9) hiển thị ví dụ về việc sử dụng tài nguyên đa GPU (bốn GPU L40 vật lý) trên máy chủ Dell PowerEdge 760xa và phiên bản Omniverse ảo hóa. 

Hình 9: Sử dụng bốn GPU L40 trên máy chủ Dell PowerEdge 760xa

Phần kết luận

Không có cách tiếp cận triển khai duy nhất cho Digital Twins do bản chất đa dạng và phức tạp của chúng. Các yêu cầu có thể thay đổi khi quá trình phát triển diễn ra, vì vậy tính linh hoạt là yếu tố chính cần cân nhắc khi bắt đầu dự án Digital Twin.

Omniverse Enterprise được thiết kế với mục tiêu là khả năng tương tác. Dựa trên OpenUSD, nền tảng này về cơ bản chuyển đổi các quy trình làm việc 3D phức tạp. Bạn có thể dễ dàng kết nối các đường ống sản phẩm 3D của mình và mở khóa khả năng trực quan hóa thiết kế đầy đủ của các tập dữ liệu 3D của mình bằng cách sử dụng các plugin kết nối được xây dựng có mục đích cho các ứng dụng và loại dữ liệu 3D phổ biến nhất. 

Khả năng tương thích và cộng tác của NVIDIA Omniverse cùng tính linh hoạt và sức mạnh tính toán của Máy chủ Dell Technologies PowerEdge kết hợp lại tạo nên nền tảng vững chắc cho việc phát triển/sử dụng quy trình làm việc Digital Twin.