Architecture/Ingénierie/Construction

Comment Zaha Hadid Architects construit l'avenir avec des kits d'outils de nouvelle génération sur OpenUSD

Objectif

Zaha Hadid Architects (ZHA) est l'un des principaux cabinets d'architecture au monde, connu pour ses bâtiments primés et transformateurs, essentiellement reconnu en raison de ses conceptions emblématiques et de sa synchronicité avec l'environnement. Lors de la présentation de propositions et de conceptions de projets aux clients ou aux parties intéressées, l'équipe de ZHA doit disposer de moyens précis, engageants et efficaces pour communiquer sa vision. De plus, sa rigueur en matière d'innovations matérielles visant à répondre aux exigences de conceptions surréalistes et complexes nécessite des technologies de fabrication de pointe.

La plateforme NVIDIA Omniverse et la fondation Universal Scene Description (OpenUSD) permettent à ZHA de rationaliser les workflows de développement tout en accélérant les cycles d'itération et en améliorant la collaboration. L'exploitation de ces technologies et de ces frameworks a permis à ZHA de se positionner constamment au premier plan du développement de conceptions architecturales, en créant des extensions qui permettent d'atteindre des niveaux de créativité et d'efficacité inégalés.

Client

Zaha Hadid Architects

Partenaires

Autodesk Maya
McNeel Rhino3D

Technologies

Universal Scene Description (OpenUSD)
NVIDIA Omniverse

Utilisation

Simulation/Modélisation/Conception

Valeur ajoutée d'Omniverse

Les premiers retours d'expérience de projets en cours ont permis d'obtenir jusqu'à 3 fois plus de cycles itératifs, grâce à l'agrégation plus rapide d'ensembles de données 3D massifs qu'offre Omniverse
Plus de 10 outils d'extension développés, de l'automatisation des entrées/sorties de données aux contrôleurs robotiques

Workflows de conception accélérés en agrégeant les données de simulation avec OpenUSD et en créant des visualisations de données géométriques personnalisées
Amélioration de la collaboration et de l'itération entre les concepteurs, alors que plusieurs personnes peuvent travailler sur une même scène en utilisant différentes applications

Établir de nouvelles normes grâce à des workflows unifiés

Au cours des 30 dernières années, l'équipe de Zaha Hadid Architects a adapté et modifié en permanence son workflow d'imagerie informatique. Le cabinet a adopté des éléments adaptés aux artistes, intuitifs et axés sur la visualisation des workflows de réalisation de films et de jeux vidéo, et les a combinés avec le monde géométriquement précis des outils traditionnels utilisés dans le secteur de l'architecture, de l'ingénierie, de la conception et des opérations (AECO).

L'assemblage d'innovations de pointe comme la fabrication robotique de matériaux, les géométries complexes, les formes de courbes et la visualisation haute fidélité nécessite des calculs intensifs, ainsi qu'une grande interopérabilité entre de nombreux outils. Cela a amené l'équipe de ZHA à choisir la plateforme NVIDIA Omniverse pour créer des solutions OpenUSD natives qui lui permettent de connecter ses outils de workflow et de les intégrer dans sa prochaine ère de production.

L'agrégation des données a toujours présenté de grandes difficultés, car les différents concepteurs travaillent avec des outils et des applications différents. Les workflows de l'équipe dépendent fortement d'Autodesk Maya et de McNeel Rhino3D, et l'importation et l'exportation de données entre les applications pour visualiser le projet final unifié était extrêmement fastidieuse et manuelle. Les conceptions et ensembles de données scéniques de ZHA atteignent régulièrement jusqu'à 60 millions de polygones, ce qui signifie que l'équipe a également besoin de solutions puissantes pour charger et manipuler les données 3D.

Avant de développer des solutions avec Omniverse tirant parti d'OpenUSD, l'équipe travaillait sur différentes parties d'un projet dans ses outils dédiés et, à la fin de chaque semaine, elle passait beaucoup de temps à compiler et à rendre des fichiers sous forme de scènes pré-traitées, ce qui entraînait une perte de fidélité. Ce processus était fastidieux et la préparation des données prenait énormément de temps.

OpenUSD permet à l'équipe de gagner du temps, car elle n'a plus besoin de compiler les données pour chaque examen. Le pipeline de ressources unifié signifie qu'elle n'a besoin de lier les dossiers qu'une seule fois pour que les ressources soient synchronisées automatiquement sous forme de scène USD unique. Les simulations qu'elle crée peuvent également être enregistrées sous forme d'animations avec OpenUSD.

"Avec USD, toutes les ressources sont lues dans le même fichier, ce qui nous est utile pour nous car nous voyons tout au même endroit au lieu d'ouvrir des fichiers individuels", déclare Shajay Bhooshan, codirecteur et responsable de l'informatique et de la conception chez Zaha Hadid Architects. "Ainsi, si je veux revoir une géométrie, je n'ai pas besoin d'aller dans Maya ou Rhino. Il me suffit d'ouvrir le fichier USD, et je peux alors commenter et suggérer des modifications à partir de là."

"Omniverse s'intègre bien à notre paradigme de haute fidélité et de hautes performances basé sur le maillage. Nous pensons que USD et Omniverse établissent une norme, comme un GitHub dans le développement de conceptions architecturales."

Shajay Bhooshan
Codirecteur, responsable du groupe de calcul et de conception chez Zaha Hadid Architects (ZHA CODE)

Collaboration en temps réel avec des itérations plus rapides

À l'heure actuelle, plus de 20 architectes utilisent des extensions développées avec Omniverse chez ZHA et le cabinet prévoit d'étendre leur utilisation à 50 utilisateurs. "Omniverse s'intègre bien à notre paradigme de haute fidélité et de hautes performances basé sur le maillage, déclare Shajay. Nous pensons que USD et Omniverse établissent une nouvelle norme, comme un GitHub dans le développement de conceptions architecturales."

Le temps gagné lors de la préparation des données pour les revues est important, car il donne à l'équipe plus de temps pour apporter des itérations. Elle apporte volontairement autant d'itérations que possible, en adoptant une approche de modification et d'observation pour s'assurer qu'une bonne conception ne soit pas due au hasard. Il arrive souvent que l'équipe produise des centaines d'options de conception différentes tout en essayant de respecter des délais de livraison serrés.

La préparation des fichiers 3D pour le rendu était également fastidieuse, car l'équipe envoie ses conceptions à des sociétés de rendu tierces. Vishu Bhooshan, designer principal du groupe de recherche sur le calcul et la conception chez Zaha Hadid Architects, ajoute : "Nous avons vraiment besoin de performances extrêmement élevées et maintenant, avec Omniverse, nous n'avons plus besoin d'attendre 11 heures que les fichiers soient importés : nous pouvons les envoyer instantanément à nos partenaires."

Il indique que l'un des avantages que USD va bientôt apporter aux équipes sera de pouvoir commencer à préparer le rendu sans avoir à attendre que toutes les données 3D soient agrégées.

"Une fois que nous disposerons d'un référentiel unifié et que tous les utilisateurs auront été formés sur ce workflow, nous commencerons à préparer des fichiers de rendu parallèlement aux équipes de conception qui apportent des itérations aux conceptions. Cela ouvre de nombreuses possibilités permettant de mettre en place des workflows parallèles non disruptifs", déclare Vishu. "Et lorsque nous construisons le référentiel de ressources, nous chercherons à intégrer l'apprentissage automatique 3D et l'IA auxquels NVIDIA ouvre la voie, comme le texte-à-3D."

Zaha Hadid Architects

Développer avec la technologie Omniverse Core

Zaha Hadid Architects Computation and Design Group (ZHA CODE) est un groupe de recherche qui exploite des logiciels et des technologies de conception paramétrée de pointe pour créer des conceptions architecturales hautes performances et esthétiquement frappantes en utilisant l'imagerie informatique. la conception numérique et la conception robotique.

L'équipe exploite la puissance du calcul pour augmenter l'intuition humaine, ce qui lui permet d'améliorer la vitesse de conception, l'assimilation des données et de découvrir de nouvelles possibilités. Son framework de calcul sur mesure, la STS (Spatial Technology Stack), permet de synthétiser des géométries optimisées et de créer des expériences spatiales immersives.

ZHA CODE a commencé à développer sur Omniverse. L'équipe a commencé à créer ses propres extensions personnalisées pour connecter des outils existants.

Elle a conçu plus de 10 extensions en 10 mois pour concevoir son pipeline de production. Shajay explique l'approche adoptée dans le développement de ces nouveaux outils comme un moyen de transformer et d'optimiser les processus et de résoudre les problèmes de son secteur, plutôt que les solutions de contournement temporaires et les hacks non évolutifs que l'équipe a réalisés auparavant.

Par exemple, ZHA CODE n'a cessé d'expérimenter la découpe robotisée par fil chaud, une méthode qui permet de fabriquer des moules à béton complexes et doublement incurvés. Le processus, qui fait appel à des bras robotisés équipés de fil à découper chaud et de grands blocs de mousse, permet de produire des segments de moules en beaucoup moins de temps. Pour améliorer l'entraînement du robot, ZHA a créé un plug-in d'extension qui simule le fil à découper robotisé.

L'équipe a conçu un jumeau numérique du robot pour l'entraîner, le visualiser et lui apprendre ce qu'il doit faire, et a pu accomplir tout cela virtuellement, sans avoir besoin d'interagir physiquement avec le robot. En générant des simulations pilotées par l'IA à l'intérieur d'Omniverse, les concepteurs peuvent mieux visualiser comment le robot va découper les blocs 3D, ainsi que leurs formes.

Le modèle de sculpture de la forme est entraîné et optimisé dans un environnement virtuel, puis le modèle est connecté à un robot physique qui exécute la sculpture pour laquelle il a été entraîné. Cela permet à l'équipe d'utiliser des techniques de fabrication révolutionnaires qui lui permettent de pousser encore plus loin son style de conception bien connu. L'équipe a tellement apprécié l'extension qu'elle a décidé de l'offrir sous forme de logiciel Open Source sur GitHub pour que d'autres puissent l'utiliser.

Un autre exemple est celui d'un projet de stade en Chine sur lequel ZHA a récemment travaillé. Le stade comportait des milliers de panneaux de toiture et l'équipe devait convertir des panneaux non plats en panneaux plats. Elle a créé un outil de visualisation personnalisé pour identifier les panneaux non plats et a utilisé un logiciel propriétaire pour les convertir en panneaux plats, ce qui n'aurait pas été possible manuellement.

Zaha Hadid Architects

L'équipe de ZHA a également créé une extension de visualisation de données qui lui permet de voir des détails et des informations supplémentaires liés à la géométrie de ses conceptions. La géométrie change souvent au fil des étapes d'un projet et, en capturant une visualisation de données personnalisée, l'équipe de ZHA peut obtenir des informations plus approfondies sur la géométrie des conceptions, et itérer ou optimiser en fonction de l'analyse générée dans Omniverse.

"Comme Omniverse prend en charge Python, il a été très facile d'écrire certaines de ces extensions, car la plupart des fonctionnalités de base de ce que nous voulons faire avec notre géométrie se trouvent déjà dans notre framework existant", déclare Vishu. "Sur le plan technique, nous avons dû apprendre à utiliser l'API des fichiers USD. Mais nous avions déjà utilisé USD avec C++ et cela nous a donc été plus facile."

Zaha Hadid Architects continuera de développer de nouveaux outils liés à l'automatisation et à la gestion des ressources et, compte tenu du nombre croissant d'institutions d'enseignement qui adoptent de nouvelles technologies et des normes comme l'USD, l'entreprise prévoit que la prochaine vague d'étudiants sera formée sur des technologies d'avant-garde qui peuvent résoudre certains des plus grands problèmes de l'industrie.

Zaha Hadid Architects

Une capture d'écran d'une conception de bâtiment par Zaha Hadid Architects. L'équipe utilise NVIDIA Omniverse pour partager instantanément des données, apporter des itérations rapides et réaliser un rendu haute performance.

Commencez à développer des workflows 3D interopérables et des applications OpenUSD.

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