世界快播：觀察丨從技術原理看元宇宙的可能性：Omniverse如何“造”火星

從元宇宙成為熱詞至今，外界對其的態度逐漸從好奇轉向懷疑，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。

對于這種現狀，科幻作家陳楸帆認為，當下大可不必過多地探討定義本身，“因為對于一個正處于進行時態中的概念，定義便意味著局限。當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。”

(資料圖)

對于元宇宙的學術討論也有很多，中央民族大學文學院副教授安靜在中國中外文藝理論學會第19屆年會論文中寫道，“自從奧卡姆的威廉和中世紀唯名論的哲學家以來，世界的本體性就產生了至少兩個分層，一個是我們可以感知的物理世界，一個是由各種符號所構造的無數個可能世界。在符號的世界中，一直以來有兩個基本的分野，那就是自然科學與人文科學。”

安靜認為，進入元宇宙的世界，符號指稱的內外之別從此消失，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系。

似乎非常抽象，簡單抓住一個易理解的關鍵詞“平行世界”，某種程度上可以將元宇宙理解為“造世界”，用符號構造出無數個與物理世界體驗非常相似的虛擬現實世界。“意思就是把現實中的事物進行數字化并復制出一個平行世界，我們每個人都可以擁有一個數字化的虛擬替身——阿凡達。這個替身可以在數字化場景中做任何事情，同時又會反過來影響現實世界，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枝末節。”陳楸帆在一篇文章中寫道。

本篇文章希望從技術的角度，通過具體案例認識元宇宙背后“造世界”的工作原理，以此去合理設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、天體物理學知識積累，我們是如何建立起對火星的認識的？

一個重要的來源可能就是各種相關的科學紀錄片。那么科學紀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。比如科學紀錄片《你好！火星》，制作團隊需要精確還原當時的探火過程，而這個過程是不可能被由各個角度拍攝出來的。那要如何準確構建這個過程？

“在這種情況下，每個鏡頭、每個點都要進行精確剖析，客觀地、真實地反映科學數據。”中央廣播電視總臺《你好！火星》紀錄片技術負責人王子健對澎湃新聞（www.thepaper.cn）表示。

據王子健介紹，這個精確還原的過程通過Omniverse完成，“我們使用了USD模型，其優點就在于完全基于科學計算，能夠一比一對照真實世界的場景，比如火星車和探測器。我們從科工局拿到火星探測器的脫敏數據，當時資料只有點云數據，Omniverse基于點云數據形成帶有拓撲的多邊形模型，然后存儲成USD變成數字資產，在紀錄片制作中就很方便可以直接使用。”

Omniverse是英偉達在2019年推出的實時3D設計協作工具，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。

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計軟件工具，那么在協同工作時，就需要進行格式轉換等繁瑣工作。后來，皮克斯提出統一場景的格式USD并在2016年對其開源，不同軟件制作的3D內容由此可以統一使用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，公用數據流，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，方便溝通和協作。”英偉達高級解決方案架構師宋毅明對澎湃新聞（www.thepaper.cn）表示。

王子健則以自己的實際工作內容舉例，“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只能是自己的工程文件，資產的意思即能夠交互，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。”

USD的模式就基于標準化的數據結構，呈現的質量可以保證一致，即光照、色彩、整個模型本身材質表現都是統一的，所以在此基礎上就可以實現協同創作。

“如果數字資產不能標準化，其實數字協同是沒有辦法實現的，所謂的協同工作就是空談。”王子健繼續說道。

怎么理解這里的“數字資產”，為什么數字協同如此重要？

據王子健解釋，如果是以USD作為格式進行保存就可以被多個軟件復用，從而這個格式的文件就被叫做數字資產。數字資產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，即在原有的基礎上進行版本控制‘小修小改’。這樣的話對數字資產的保存就會形成復用，也有了可追溯的可能性。”

那么在此基礎上，才有了數字協同的可能。

在原來傳統的模式下，整個線性的工作流程下，視覺導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調整，甚至從頭改。這樣損耗就非常大，造成的直接結果就是制作周期顯著拉長，伴隨的還有人員以及設備的開銷，整個花費就會劇增。

而基于實時的迭代模式，最重要的改變就是實現了“所見即所得”。也就是說，視覺導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的樣貌，同時針對現有實時呈現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的任務模式，而是一個互相依托的迭代創作模式。

更進一步說，這樣的技術支持下，創作思路實時的更改和變化可以直接被相關工種實時反應、迭代和呈現，這也是數字協同的意義。

另一個重要的技術進步則是實時光線追蹤。2018年，英偉達發布了實時光線技術，將實時光線追蹤與AI結合起來落地應用。

“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實世界，做到模擬現實世界的渲染。2018年英偉達推出實時光線追蹤技術，某種程度上算是倒逼工業流程，以前很多做不了的事情都可以做了。”王子健說道。

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。按照央視的標準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。如果這個時候導演發現機位錯了，需要重新再來一遍，那么2000小時就沒用了。

實時光線追蹤技術以后，2000小時就變成實時了，一秒鐘能直接渲染五十張。這又關聯到之前傳統的線性工作模式，“為什么之前是線性的？因為大家都關注怎么減少溝通成本。但現在有實時渲染技術可以直接在現場看，所以才敢談實時協同，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，導演在幾個工作室之間跑來跑去。現在一下子把制作變成扁平化了，幾十個人在一個環境下花一兩個月就把片子做出來了。”王子健談道。

“實時光線追蹤技術讓我們看到一個新的可能，它可能會給創意市場增加2000-3000億美金市場，促進設計師用這樣的技術做出他的作品。有了圖形可視化與AI之后，后來發現還可以結合以前做的物理學引擎、XR技術，之后就進一步衍生出把這個技術打造成一個平臺的想法。后來發布的Omniverse就是包含各種渲染技術提升的結果。”英偉達中國區 Omniverse 業務發展經理何展表示。

對于最新的技術進展，王子健則表示，“在此基礎上現在又在進一步增強，使得實時渲染高質量照片級的結果越來越高，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、機械單元組的模擬，等于是可以通過虛擬的數字世界控制現實世界。”

關鍵詞： 的可能性