シミュレーションは無限: NVIDIA Omniverse で DRIVE Sim がレベルアップ

by Matt Cragun · October 9, 2020

GTC デモでは、フォトリアルで物理的に正確な自動運転車両センサーシミュレーションを紹介しています。

フォトリアリスティックな 3D シミュレーションおよびコラボレーションプラットフォームである NVIDIA Omniverse を使用して自動運転車両のシミュレーションを作成することで、物理世界と仮想世界の境界線が曖昧になりつつあります。

GPU テクノロジーカンファレンスの基調講演で、NVIDIA の創業者/CEO であるジェンスンフアン (Jensen Huang) は、NVIDIA DRIVE Sim を NVIDIA Omniverse で実行する様子を初めて紹介しました。DRIVE Sim は、Omniverse プラットフォームの最先端の機能を活用して、物理的に正確なエンドツーエンドの自動運転車両シミュレーションを実現します。

Omniverse は、マルチ GPU の大規模なマルチセンサーシミュレーションを自律動作マシンに利用できるようにするために、ゼロから設計されました。NVIDIA RTX テクノロジにより、レイトレーシングされた物理的に正確なリアルタイムセンサーシミュレーションが可能になります。

この動画では、カリフォルニア州サンタクララの NVIDIA キャンパスを再現したコース全周 17 マイルのルートで、メルセデスベンツ EQS が走行する様子を表現したデジタルツインをご覧いただけます。動画では、国道 101 号線および 87 号線、州間高速道路 280 号線が表現され、信号機、入口車線、、出口車線、合流車線のほか、時刻、天気、交通量の変化も再現されています。

テストループに利用できる実際のレプリカを得るために、実際の環境を 5 cm の精度でスキャンし、シミュレーションで再現しました。ハードウェア、ソフトウェア、センサー、車のディスプレイ、および人間とマシンとのインタラクションはすべて、現実世界とまったく同じ方法でシミュレーションに実装され、ビットおよびタイミングの正確なシミュレーションが可能になりました。

物理的に正確なセンサーシミュレーション

自動運転車両のシミュレーションでは、物理モデリングおよび光のモデリングを正確に行う必要があります。これは、センサーのシミュレーションには特に重要です。センサーには、可視スペクトルを超える光線や、センサーがスキャンしてから環境が変化するまでの正確なタイミングをモデリングする必要があるからです。

これに最適なのがレイトレーシングであり、光の物理的特性をシミュレーションすることでリアルなライティングを再現します。また、Omniverse RTX のレンダラーを NVIDIA RTX GPU と組み合わせて、リアルタイムのフレームレートでのレイトレーシングが可能になります。

光をリアルタイムでシミュレーションする機能は、自動運転車のシミュレーションにとって大きなメリットになります。動画では、車両はシーン内の物体の複雑な反射を表現しています。現実の世界と同じように、直接フレームの中にない物体の反射も表現されています。また、濡れた道路、反射標識、建物など、反射しやすい表面の反射も表現されています。

メルセデス EQS は反射の複雑さを表現し、シーンにはあってフレームにはない物体の反射も、レイトレーシングで表現可能になりました。

また、RTX により、影も非常に忠実に表現できるようになります。仮想環境では通常、影は事前に計算されたり、プリベーク処理されたりします。ただし、シミュレーション用の動的な環境を提供するためにプリベーク処理することはできません。RTX を使用することで、実行時に忠実度の高い影が計算されます。動画の夜間駐車の例では、ライトからの影はプリベーク処理されるのではなく、直接レンダリングされています。これにより、影がソフトに表現され、正確度が格段に向上します。

夜間駐車のシナリオでは、光源が動くことで生成された複雑な影にレイトレーシングが有効であることがわかります。

ユニバーサルシーンデスクリプション

DRIVE Sim は、仮想世界の 3D コンテンツを構築し、同時に再現するために Pixar によって開発されたオープンフレームワークであるユニバーサルシーンデスクリプション (USD) をベースにしています。

USDはハイレベルの抽象化により、DRIVE Simのシーンを表現します。たとえば、USDを使用すると、車両の状態（位置、速度、加速度）を定義し、シーン内のランドマークなど、他のエンティティへの近接度に基づく変更のトリガーが簡単にできます。

また、フレームワークには豊富なツールセットが付属しており、ほとんどの主要なコンテンツ作成ツールでサポートされています。

スケーラビリティと再現性

仮想環境を生成するアプリケーションのほとんどは、PCゲームなど、1個あるいは2個のGPUを搭載したシステムを対象としています。このようなアーキテクチャのタイミングや遅延は、コンシューマーゲーム用としては十分かもしれませんが、自動運転車両用の再現性の高いシミュレーターを設計するには、はるかに高いレベルの精度とパフォーマンスが必要です。

Omniverse では、DRIVE Sim は複数のカメラ、レーダー、LIDAR をリアルタイムで同時にシミュレーションが可能で、レベル 2 のアシスト運転からレベル 4 やレベル 5 の完全自動運転までのセンサー構成に対応できます。

Omniverse で実現したこれらの新機能が合わさることで、現実とほぼ区別がつかないシミュレーションを体験できるようになるのです。

NVIDIA の CEO であるジェンスンフアン (Jensen Huang) が GTC で新着情報の概説を行った動画をご覧ください。