Vom Konzept zur Fertigstellung: Rationalisierung der 3D-Szenenerstellung für die Robotik mit Nvidia Isaac Sim und Blender

Autoren: Mayank Ukani, Purnima Batham | Datum: 21. März 2023 | Kategorie: Automobilindustrie

Im Zuge der rasanten technologischen Entwicklung gehören 3D-Szenen und Robotik zu den aufregendsten und vielversprechendsten Bereichen der Innovation. Die Möglichkeit, 3D-Objekte in Echtzeit zu erstellen und zu bearbeiten, revolutioniert Branchen wie Architektur, Unterhaltung und Fertigung, während die Robotik die Art und Weise verändert, wie wir Aufgaben angehen und komplexe Probleme in Bereichen vom Gesundheitswesen bis zur Weltraumforschung lösen.

Abbildung 1. Ein typisches Flussdiagramm für das Training visueller Wahrnehmungsmodelle mit synthetischen Daten
Eine typische Entwicklungspipeline für Deep-Learning-Modelle umfasst die Datenerfassung, die Datenaufbereitung, das Modelltraining, das Leistungsbenchmarking des Modells, die Optimierung des Modells und schließlich die Bereitstellung des Modells auf dem Zielgerät. Da ein Deep-Learning-Modell die Darstellung direkt aus den Daten lernt, kann man sagen, dass die Leistung umso besser ist, je mehr Daten vorliegen.

In diesem Blog konzentrieren wir uns auf den Abschnitt "Datengenerierung", der oben in Abbildung 1 dargestellt ist. Wir werden untersuchen, wie wir Robotikanwendungen testen können, indem wir die Leistungsfähigkeit der physikalisch genauen Simulationen in Nvidia Isaac Sim nutzen. Wir werden auch die Vorteile und Herausforderungen der gemeinsamen Nutzung von Blender und Nvidia Isaac Sim untersuchen und einige der aktuellen Ansätze zur Integration dieser beiden leistungsstarken Tools untersuchen.

Nvidia Isaac Sim und Blender sind zwei leistungsstarke Tools, die in der Computergrafik und Robotik weit verbreitet sind. Nvidia Isaac Sim ist eine Simulationssoftware, die eine realistische Umgebung für das Training und Testen von autonomen Robotern bietet, während Blender eine Open-Source-Software für 3D-Modellierung und Animation ist. In den letzten Jahren hat das Interesse an der Interoperabilität dieser beiden Tools zugenommen, wobei die Entwickler versuchen, die Leistungsfähigkeit der 3D-Modellierungs- und Animationsfunktionen von Blender mit dem Realismus und der Genauigkeit der Simulationen von Nvidia Isaac Sim zu verbinden.

Maximierung von Effizienz und Kreativität: Vorteile der Kombination von Nvidia Isaac Sim und Blender

Die Vorteile der Interoperabilität zwischen Nvidia Isaac Sim und Blender sind zahlreich. Durch die Integration der beiden Tools können Entwickler die Stärken beider Plattformen nutzen und realistischere und genauere Simulationen erstellen, während sie gleichzeitig von den leistungsstarken 3D-Modellierungs- und Animationsfunktionen von Blender profitieren.

Einer der Hauptvorteile der Verwendung von Blender mit Nvidia Isaac Sim ist die Möglichkeit, sehr detaillierte und realistische Modelle für die Verwendung in Simulationen zu erstellen. Die 3D-Modellierungsfunktionen von Blender ermöglichen es Entwicklern, komplexe, detaillierte Modelle von Robotern und ihren Umgebungen zu erstellen, einschließlich Texturen, Materialien und Beleuchtung, während die fortschrittlichen Physik-Engines und 3D-Grafiken von Nvidia Isaac Sim es ermöglichen, diese Modelle in äußerst realistischen Simulationen zu verwenden. Dies bedeutet, dass Entwickler Simulationen erstellen können, die die realen Bedingungen, unter denen ihre Roboter arbeiten werden, genau widerspiegeln, was ihnen ein leistungsstarkes Toolset zum Testen und Verfeinern ihrer Algorithmen bietet. Diese Modelle können dann in Nvidia Isaac Sim importiert werden, wo sie zur Erstellung hochrealistischer Simulationen mit präziser Physik und dynamischer Beleuchtung verwendet werden können.

 

Abbildung 2. Viewport von Blender bei der Erstellung der 3D-Szene

Abbildung 3. Ansichtsfenster von Isaac Sim nach dem Importieren der FBX-Datei aus Blender in Isaac Sim
 
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Blender mit Nvidia Isaac Sim ist die Möglichkeit, benutzerdefinierte Animationen für die Verwendung in Simulationen zu erstellen. Mit den leistungsstarken Animationstools von Blender können Entwickler realistische Animationen von Robotern und ihren Umgebungen erstellen, einschließlich Bewegungen, Gesten und Gesichtsausdrücke. Diese Animationen können dann in Nvidia Isaac Sim importiert werden, wo sie zur Erstellung realistischer und ansprechenderer Simulationen verwendet werden können.
 

Abbildung 4. Synthetische Beispieldaten im PNG-Format zum Trainieren eines Objekterkennungsmodells für die Erkennung von Pappkartons
Bei einer so geringen Diskrepanz zwischen Simulation und realer Welt (Abbildung 4) können wir die Leistung der synthetischen Datenerzeugung von Nvidia Isaac Sim nutzen, um tiefe Wahrnehmungsmodelle zu trainieren. Dies kann dazu beitragen, den Zeit- und Arbeitsaufwand für das Sammeln des Datensatzes und die anschließende manuelle Kommentierung zu reduzieren. Wir können jedes Modell mit einem kleinen Satz realer Bilder feinabstimmen, basierend darauf, wie fotorealistisch unsere synthetischen Daten sind, die wir mit Nvidia Isaac Sim erzeugt haben.

Herausforderungen

Obwohl die Interoperabilität zwischen Nvidia Isaac Sim und Blender viele Vorteile bietet, gibt es auch einige Herausforderungen, die Entwickler bewältigen müssen. Eine der größten Herausforderungen besteht darin, sicherzustellen, dass die in Blender erstellten Modelle und Animationen mit Nvidia Isaac Sim kompatibel sind. Dies erfordert viel Liebe zum Detail und ein Verständnis für die technischen Anforderungen beider Tools. Eine weitere Herausforderung der Interoperabilität ist die Notwendigkeit eines nahtlosen Workflows zwischen den beiden Tools. Entwickler müssen in der Lage sein, Modelle und Animationen problemlos zwischen Blender und Nvidia Isaac Sim zu importieren und zu exportieren, und sie müssen in der Lage sein, mit den beiden Werkzeugen auf eine Weise zu arbeiten, die intuitiv und effizient ist.

Zugänge

Es gibt verschiedene Ansätze zur Integration von Blender und Nvidia Isaac Sim, jeder mit seinen eigenen Vorteilen und Herausforderungen. Ein Ansatz ist die Verwendung eines Plugins eines Drittanbieters, wie z. B. das NVIDIA FleX Blender Addon, das es Entwicklern ermöglicht, Blender-Modelle und Animationen in Nvidia Isaac Sim zu exportieren. Dieses Plugin unterstützt eine breite Palette von Funktionen, einschließlich Softbody- und Flüssigkeitssimulationen, und ist sowohl mit Blender als auch mit Nvidia Isaac Sim kompatibel.

Ein anderer Ansatz ist die Verwendung der Unreal Engine, die eine leistungsstarke und flexible Plattform für die Erstellung von Simulationen und Animationen bietet. Mit der Unreal Engine können Entwickler hochdetaillierte und realistische Modelle und Animationen in Blender erstellen, die dann zur Verwendung in Simulationen in die Unreal Engine importiert werden können. Die Unreal Engine bietet eine Reihe von Funktionen und Werkzeugen für die Erstellung dynamischer, interaktiver Simulationen und ist sowohl mit Blender als auch mit Nvidia Isaac Sim kompatibel.

Ein dritter Ansatz ist die Verwendung von Python-Skripten, um den Export von Modellen und Animationen zwischen Blender und Nvidia Isaac Sim zu automatisieren. Dieser Ansatz erfordert ein tiefes Verständnis beider Tools und die Fähigkeit, benutzerdefinierte Skripte zu schreiben, um den Workflow zu automatisieren. Es kann jedoch ein leistungsstarker und flexibler Ansatz sein, der es Entwicklern ermöglicht, hochgradig angepasste Simulationen und Animationen zu erstellen.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Interoperabilität zwischen Nvidia Isaac Sim und Blender die Robotik und Computergrafik revolutionieren kann. Durch die Kombination der leistungsstarken 3D-Modellierungs- und Animationsfähigkeiten von Blender mit dem Realismus und der Genauigkeit der Nvidia Isaac Sim-Simulationen können Entwickler hochdetaillierte und realistische Simulationen von Robotern und ihren Umgebungen erstellen, die sie zum Testen und Verfeinern ihrer Algorithmen verwenden können.

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