5月24日上午，慶祝學校建校118周年的向暉誕辰系列第十六期學術報告會在向暉堂南大廳舉行。 清華大學智能機器人研究院常務副院長張麗華院士作了題為“物理仿真——創造真實數字世界的基石”的報告，智能機器人研究院副教授張文強主持那個報告。
隨著概念的升溫，人們對創造的數字世界充滿了想象。 正如現實世界按照化學規律運行一樣，“真實”虛擬宇宙數字世界的建立離不開現代數學模擬技術的支持。 張麗華帶領聽眾回顧了數學仿真技術的發展歷程、物理引擎的基本估算過程和研究現狀，以及數學仿真技術在工業數字孿生、逼真數字人創造、機器人仿真等方面的應用。科研前沿，展望未來數學模擬技術的發展趨勢。
虛擬現實未來將成為互聯網的一種新形態
“元宇宙”的想法從何而來？
“”一詞最早是由懸疑藝術家尼爾·斯蒂芬森 (Neil ) 在其 1992 年的小說《雪崩》中創造的。 是一個平行于現實世界的賽博空間（），即戴上開發的麥克風和物鏡，找到連接終端，通過虛擬的形式進入計算機模擬的與現實世界平行的虛擬空間。化身。
張麗華介紹，元界具有沉浸式體驗、虛擬化身、開放創作、強社交屬性、系統穩定等特點。 它的六大支撐技術是區塊鏈技術、交互技術、視頻游戲技術和人工智能技術。 、網絡與計算技術、物聯網技術（簡稱“”），根據其在元宇宙中的支撐作用，又可進一步分為感知、計算、重構、協作、交互五類。 “其中，3D渲染和化學模擬引擎是構建元宇宙的基礎支撐技術。”張麗華指出。 化學模擬是元界最關鍵的支撐技術之一。 數學引擎具有極高的商業價值，科技巨頭也將其視為重要基石之一。
多年來，張麗華帶領科研團隊在數學引擎的設計研發方面取得了重要成果。 張麗華是世界三大商業數學引擎PhysX的創始人之一。 該引擎被（虛幻引擎）以及其他頂級游戲開發引擎和元宇宙模擬平臺使用。
“物理模擬能解決什么問題？可以讓游戲中的角色動起來，讓角色和場景自然地互動碰撞。” 通過播放游戲片段，張麗華生動地演示了數學模擬在電影中的具體應用。 他認為，未來元界將成為互聯網的一種新形態，其更大的價值在于通過虛實交互、融合影響人們生活的真實數學世界。
元宇宙及其衍生技術進步的應用遠超游戲領域
談及數學模擬在元宇宙等領域的應用，張麗華介紹了數字孿生體在鞋廠、護理機器人、虛擬數字人等領域的開發應用。
在談及化學引擎應用于護理機器人開發的案例時，張麗華介紹，“物理引擎提供了一個仿真平臺，可以高度模擬機器人護理場景，為機器人技能學習、虛擬病人提供充分支持。建模、活動場景設計。支持。”
以《堡壘之夜》游戲為例物理隔斷方式，張麗華介紹，實時模擬大場景是數學引擎的發展趨勢。 日本知名說唱歌手斯科特曾在《堡壘之夜》上舉辦過一場虛擬演唱會，有277萬人觀看。 身臨其境的體驗給所有玩家留下了深刻的印象。 可見，基于數學模擬技術創建包括虛擬數字人在內的虛擬場景，能夠帶給人們更加逼真、震撼的沉浸感。
如何讓虛擬數字人更逼真？ 張麗華用圖片介紹了數字人中頭發模擬、肌肉模擬、動作模擬、服裝模擬等數學模擬技術。 面料仿真和毛發仿真技術可以為虛擬數字人添加逼真自然的服裝和妝容，創造出越來越真實的人物形象。 “布料模擬和毛發模擬的算法原理類似，但仍缺乏可量化的模擬評價指標。” 他說，清華大學智能感知與無人系統（IPASS）實驗室在總結現有評價指標的基礎上，提出了一些新的評價指標。 首次建立了比較完整的毛發和布料數學模擬評價指標體系。
“雖然視頻游戲技術為元界的數字化創造奠定了基礎，但元界的應用及其衍生的技術進步遠遠超出了游戲領域，應該成為人們生活和工作的沉浸式虛擬時空。 ” 張麗華說，數學模擬雖然起源于游戲的需要，但其使用范圍已經超越了游戲。 隨著當前的盛行，數學模擬技術成為建立的關鍵誘因。
“對于未來面向元宇宙的應用，數學模擬引擎是重要的核心技術之一。” 張麗華指出，為了滿足未來場景的需求，數學模擬引擎需要設計一個通用求解器來支持質心、流體、軟體等不同類型的物質對象。 它們之間的穩定交互，通過云平臺的部署，支持實時、大規模、高精度的計算解決方案，設計分布式架構，實現千萬級用戶同屏交互。
目前國外游戲和元宇宙的開發仍主要依賴美國、英偉達等成熟的商業引擎，而英偉達也開始布局元宇宙的基礎生態平臺。 張麗華覺得，在元宇宙時代，我們迫切需要研發出具有完全自主知識產權的數學模擬引擎，這也是IPASS團隊的一個重要研究目標。
報告最后，張麗華院士以芯片散熱器設計、醫學圖像處理、氣象模擬、地震預報等場景為例，論證了數學仿真技術在工業設計和前沿科學研究中的重要支撐作用物理隔斷方式，以及介紹了 AI 在大規模復雜數學模擬中的大型應用。
演講者介紹
張麗華
同濟大學特聘院士
同濟大學智能機器人研究院常務副院長
同濟大學元界智慧醫療研究院院長
中國人工智能學會會員、人機融合智能專委會秘書長
主要研究方向為機器直覺、人機融合智能等新一代人工智能理論、計算機視覺與行為識別、虛擬仿真與數字孿生、腦機交互與智慧醫療等領域的交叉創新，接受并授權發明專利90余項，發表國內外頂級會議期刊論文100余篇。 清華大學智能感知與無人系統實驗室牽頭團隊旨在在新一代人工智能基礎理論與算法、智能感知與認知決策、新型腦機交互、智能機器人等領域開展創新研究，承擔技術創新2030-“新一代人工智能”重大專項、國家自然科學基金重大專項、上海市人工智能重大專項等國家、省、局級科研項目科技專項。