從技術(shù)原理看元宇宙的可能性：Omniverse如何“造”火星
前言
從元宇宙成為熱詞至今，外界對其的態(tài)度逐漸從好奇轉(zhuǎn)向懷疑，似乎又多了一個新的泡沫，一個用來“漲估值”的概念。這背后的原因可能就在于人人都在討論元宇宙，但好像沒有人能真正說清楚什么是元宇宙。
對于這種現(xiàn)狀，科幻作家陳楸帆認(rèn)為，當(dāng)下大可不必過多地探討定義本身，“因?yàn)閷τ谝粋€正處于進(jìn)行時態(tài)中的概念，定義便意味著局限。當(dāng)元宇宙還沒有完全成型的時候，一千個人眼中會有一千個元宇宙，而置身其中的每個人都會如盲人摸象般，有全然不同的角度、訴求和觀感。”
對于元宇宙的學(xué)術(shù)討論也有很多，中央民族大學(xué)文學(xué)院副教授安靜在中國中外文藝?yán)碚搶W(xué)會第19屆年會論文中寫道，“自從奧卡姆的威廉和中世紀(jì)唯名論的哲學(xué)家以來，世界的本體性就產(chǎn)生了至少兩個分層，一個是我們可以感知的物理世界，一個是由各種符號所構(gòu)造的無數(shù)個可能世界。在符號的世界中，一直以來有兩個基本的分野，那就是自然科學(xué)與人文科學(xué)?！?/p>
安靜認(rèn)為，進(jìn)入元宇宙的世界，符號指稱的內(nèi)外之別從此消失，它重新回到唯名論語境下的中立狀況，它指向一個構(gòu)造的平行世界，也指向人的觀念意識，還意味著符號本身和人本身無限縮小的關(guān)系。
似乎非常抽象，簡單抓住一個易理解的關(guān)鍵詞“平行世界”，某種程度上可以將元宇宙理解為“造世界”，用符號構(gòu)造出無數(shù)個與物理世界體驗(yàn)非常相似的虛擬現(xiàn)實(shí)世界?！耙馑季褪前熏F(xiàn)實(shí)中的事物進(jìn)行數(shù)字化并復(fù)制出一個平行世界，我們每個人都可以擁有一個數(shù)字化的虛擬替身——阿凡達(dá)。這個替身可以在數(shù)字化場景中做任何事情，同時又會反過來影響現(xiàn)實(shí)世界，俗稱打破次元壁。但這只是最為粗疏的描述，其中每一個名詞都能分岔出無窮無盡的細(xì)枝末節(jié)?！标愰狈谝黄恼轮袑懙?。
本篇文章希望從技術(shù)的角度，通過具體案例認(rèn)識元宇宙背后“造世界”的工作原理，以此去合理設(shè)想元宇宙的未來可能。
在開始之前，我們可以先自問一個問題——我們是如何知道火星是什么樣？
從沒有親眼見過，沒有天文學(xué)、天體物理學(xué)知識積累，我們是如何建立起對火星的認(rèn)識的？
如何“造”火星？
一個重要的來源可能就是各種相關(guān)的科學(xué)紀(jì)錄片。那么科學(xué)紀(jì)錄片中如此仿真的影像是怎么來的呢？要知道，太空中的很多畫面不可能全程錄像拍攝。比如科學(xué)紀(jì)錄片《你好！火星》，制作團(tuán)隊(duì)需要精確還原當(dāng)時的探火過程，而這個過程是不可能被由各個角度拍攝出來的。那要如何準(zhǔn)確構(gòu)建這個過程？
“在這種情況下，每個鏡頭、每個點(diǎn)都要進(jìn)行精確剖析，客觀地、真實(shí)地反映科學(xué)數(shù)據(jù)。”中央廣播電視總臺《你好！火星》紀(jì)錄片技術(shù)負(fù)責(zé)人王子健對澎湃新聞（www.thepaper.cn）表示。
Omniverse是英偉達(dá)在2019年推出的實(shí)時3D設(shè)計協(xié)作工具，黃仁勛曾在2021GTC大會上介紹道，“Omniverse可以讓個人模擬制造出遵從物理規(guī)律的共享3D虛擬世界”。 USD（Universal Scene Description，通用場景描述）則是Omniverse的基礎(chǔ)。
USD最早來自動畫公司皮克斯（Pixel）。在動畫的制作流程中，不同的分工會涉及不同的設(shè)計軟件工具，那么在協(xié)同工作時，就需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換等繁瑣工作。后來，皮克斯提出統(tǒng)一場景的格式USD并在2016年對其開源，不同軟件制作的3D內(nèi)容由此可以統(tǒng)一使用USD格式，《馴龍高手3：隱秘的世界》就是用此方法制作出來。
“以PPT舉例，可能5個人打開同一個PPT，公用數(shù)據(jù)流，一個人的更改另一個人可以馬上看到。基于USD格式，則是在三維場景，一個人的更改另一個人可以即時看到，方便溝通和協(xié)作。”英偉達(dá)高級解決方案架構(gòu)師宋毅明對澎湃新聞（www.thepaper.cn）表示。
王子健則以自己的實(shí)際工作內(nèi)容舉例，“最早期要拿三維軟件做，做完一個模型要貼圖，最后成為一個場景，渲染出來就變成照片輸出，如3ds Max存儲格式是3DS。但各個軟件形成資產(chǎn)只能是自己的工程文件，資產(chǎn)的意思即能夠交互，各家如果是自己的文件格式交互起來非常困難。這會造成什么結(jié)果呢？就是A軟件模型做得挺好，B軟件打開之后還得再去修改，修改之后的東西A軟件再打開又需要再修改?！?/p>
USD的模式就基于標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)的質(zhì)量可以保證一致，即光照、色彩、整個模型本身材質(zhì)表現(xiàn)都是統(tǒng)一的，所以在此基礎(chǔ)上就可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同創(chuàng)作。
“如果數(shù)字資產(chǎn)不能標(biāo)準(zhǔn)化，其實(shí)數(shù)字協(xié)同是沒有辦法實(shí)現(xiàn)的，所謂的協(xié)同工作就是空談。”王子健繼續(xù)說道。
怎么理解這里的“數(shù)字資產(chǎn)”，為什么數(shù)字協(xié)同如此重要？
數(shù)字資產(chǎn)、數(shù)字協(xié)同與實(shí)時光線追蹤技術(shù)為什么重要？
據(jù)王子健解釋，如果是以USD作為格式進(jìn)行保存就可以被多個軟件復(fù)用，從而這個格式的文件就被叫做數(shù)字資產(chǎn)。數(shù)字資產(chǎn)還有第二個功能即可迭代，這個迭代不被破壞。“比如我造了一個月球車，這個月球車是第一個版本，如果我造第二個版本起碼得另存一個，然后就得破壞性地改。但USD可以避免這個問題，即在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行版本控制‘小修小改’。這樣的話對數(shù)字資產(chǎn)的保存就會形成復(fù)用，也有了可追溯的可能性?！?/p>
那么在此基礎(chǔ)上，才有了數(shù)字協(xié)同的可能。
在原來傳統(tǒng)的模式下，整個線性的工作流程下，視覺導(dǎo)演到最后一刻才能看到完整的成片，如果有改變那么一切都要相適應(yīng)調(diào)整，甚至從頭改。這樣損耗就非常大，造成的直接結(jié)果就是制作周期顯著拉長，伴隨的還有人員以及設(shè)備的開銷，整個花費(fèi)就會劇增。
而基于實(shí)時的迭代模式，最重要的改變就是實(shí)現(xiàn)了“所見即所得”。也就是說，視覺導(dǎo)演能夠觀察到每一步，看到模型、場景，包括氣氛等各種各樣的元素擺在一起呈現(xiàn)的樣貌，同時針對現(xiàn)有實(shí)時呈現(xiàn)的畫面反過來即時修改臺本。這就不只是單純制作上傳下達(dá)的任務(wù)模式，而是一個互相依托的迭代創(chuàng)作模式。
更進(jìn)一步說，這樣的技術(shù)支持下，創(chuàng)作思路實(shí)時的更改和變化可以直接被相關(guān)工種實(shí)時反應(yīng)、迭代和呈現(xiàn)，這也是數(shù)字協(xié)同的意義。
另一個重要的技術(shù)進(jìn)步則是實(shí)時光線追蹤。2018年，英偉達(dá)發(fā)布了實(shí)時光線技術(shù)，將實(shí)時光線追蹤與AI結(jié)合起來落地應(yīng)用。
“光線追蹤是一個理論，基于光線追蹤這套理論才能完全模擬現(xiàn)實(shí)世界，做到模擬現(xiàn)實(shí)世界的渲染。2018年英偉達(dá)推出實(shí)時光線追蹤技術(shù)，某種程度上算是倒逼工業(yè)流程，以前很多做不了的事情都可以做了?！蓖踝咏≌f道。
具體而言，比如一束光打到瓶子上，這樣一個鏡頭可能有五秒鐘。按照央視的標(biāo)準(zhǔn)一秒鐘要渲染五十張照片，五秒鐘就是二百五十張照片，以一張照片渲染八個小時計算就是2000小時。如果這個時候?qū)а莅l(fā)現(xiàn)機(jī)位錯了，需要重新再來一遍，那么2000小時就沒用了。
實(shí)時光線追蹤技術(shù)以后，2000小時就變成實(shí)時了，一秒鐘能直接渲染五十張。這又關(guān)聯(lián)到之前傳統(tǒng)的線性工作模式，“為什么之前是線性的？因?yàn)榇蠹叶缄P(guān)注怎么減少溝通成本。但現(xiàn)在有實(shí)時渲染技術(shù)可以直接在現(xiàn)場看，所以才敢談實(shí)時協(xié)同，成本一下子降低了。以前做一個片子可能需要三四個工作室，苦干半年，導(dǎo)演在幾個工作室之間跑來跑去?，F(xiàn)在一下子把制作變成扁平化了，幾十個人在一個環(huán)境下花一兩個月就把片子做出來了?！蓖踝咏≌劦?。
“實(shí)時光線追蹤技術(shù)讓我們看到一個新的可能，它可能會給創(chuàng)意市場增加2000-3000億美金市場，促進(jìn)設(shè)計師用這樣的技術(shù)做出他的作品。有了圖形可視化與AI之后，后來發(fā)現(xiàn)還可以結(jié)合以前做的物理學(xué)引擎、XR技術(shù)，之后就進(jìn)一步衍生出把這個技術(shù)打造成一個平臺的想法。后來發(fā)布的Omniverse就是包含各種渲染技術(shù)提升的結(jié)果?！庇ミ_(dá)中國區(qū) Omniverse 業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理何展表示。
對于最新的技術(shù)進(jìn)展，王子健則表示，“在此基礎(chǔ)上現(xiàn)在又在進(jìn)一步增強(qiáng)，使得實(shí)時渲染高質(zhì)量照片級的結(jié)果越來越高，多個渲染器之間可以無縫銜接，一個場景一個按鈕，比如把Real-time改成Penetrating。最后就是物理模擬、機(jī)械單元組的模擬，等于是可以通過虛擬的數(shù)字世界控制現(xiàn)實(shí)世界?！?/p>
