5月24日上午，慶祝學(xué)校建校118周年的向暉誕辰系列第十六期學(xué)術(shù)報告會在向暉堂南大廳舉行。 清華大學(xué)智能機器人研究院常務(wù)副院長張麗華院士作了題為“物理仿真——創(chuàng)造真實數(shù)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(chuàng)造的數(shù)字世界充滿了想象。 正如現(xiàn)實世界按照化學(xué)規(guī)律運行一樣，“真實”虛擬宇宙數(shù)字世界的建立離不開現(xiàn)代數(shù)學(xué)模擬技術(shù)的支持。 張麗華帶領(lǐng)聽眾回顧了數(shù)學(xué)仿真技術(shù)的發(fā)展歷程、物理引擎的基本估算過程和研究現(xiàn)狀，以及數(shù)學(xué)仿真技術(shù)在工業(yè)數(shù)字孿生、逼真數(shù)字人創(chuàng)造、機器人仿真等方面的應(yīng)用?？蒲星把?，展望未來數(shù)學(xué)模擬技術(shù)的發(fā)展趨勢。
虛擬現(xiàn)實未來將成為互聯(lián)網(wǎng)的一種新形態(tài)
“元宇宙”的想法從何而來？
“”一詞最早是由懸疑藝術(shù)家尼爾·斯蒂芬森 (Neil ) 在其 1992 年的小說《雪崩》中創(chuàng)造的。 是一個平行于現(xiàn)實世界的賽博空間（），即戴上開發(fā)的麥克風(fēng)和物鏡，找到連接終端，通過虛擬的形式進(jìn)入計算機模擬的與現(xiàn)實世界平行的虛擬空間?；?。
張麗華介紹，元界具有沉浸式體驗、虛擬化身、開放創(chuàng)作、強社交屬性、系統(tǒng)穩(wěn)定等特點。 它的六大支撐技術(shù)是區(qū)塊鏈技術(shù)、交互技術(shù)、視頻游戲技術(shù)和人工智能技術(shù)。 、網(wǎng)絡(luò)與計算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（簡稱“”），根據(jù)其在元宇宙中的支撐作用，又可進(jìn)一步分為感知、計算、重構(gòu)、協(xié)作、交互五類。 “其中，3D渲染和化學(xué)模擬引擎是構(gòu)建元宇宙的基礎(chǔ)支撐技術(shù)。”張麗華指出。 化學(xué)模擬是元界最關(guān)鍵的支撐技術(shù)之一。 數(shù)學(xué)引擎具有極高的商業(yè)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(lǐng)科研團(tuán)隊在數(shù)學(xué)引擎的設(shè)計研發(fā)方面取得了重要成果。 張麗華是世界三大商業(yè)數(shù)學(xué)引擎PhysX的創(chuàng)始人之一。 該引擎被（虛幻引擎）以及其他頂級游戲開發(fā)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(shù)學(xué)模擬在電影中的具體應(yīng)用。 他認(rèn)為，未來元界將成為互聯(lián)網(wǎng)的一種新形態(tài)，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(shù)學(xué)世界。
元宇宙及其衍生技術(shù)進(jìn)步的應(yīng)用遠(yuǎn)超游戲領(lǐng)域
談及數(shù)學(xué)模擬在元宇宙等領(lǐng)域的應(yīng)用，張麗華介紹了數(shù)字孿生體在鞋廠、護(hù)理機器人、虛擬數(shù)字人等領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用。
在談及化學(xué)引擎應(yīng)用于護(hù)理機器人開發(fā)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(hù)理場景，為機器人技能學(xué)習(xí)、虛擬病人提供充分支持。建模、活動場景設(shè)計。支持?！?span style="display:none">ho2物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
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(shù)學(xué)引擎的發(fā)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(shù)學(xué)模擬技術(shù)創(chuàng)建包括虛擬數(shù)字人在內(nèi)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(shù)字人更逼真？ 張麗華用圖片介紹了數(shù)字人中頭發(fā)模擬、肌肉模擬、動作模擬、服裝模擬等數(shù)學(xué)模擬技術(shù)。 面料仿真和毛發(fā)仿真技術(shù)可以為虛擬數(shù)字人添加逼真自然的服裝和妝容，創(chuàng)造出越來越真實的人物形象。 “布料模擬和毛發(fā)模擬的算法原理類似，但仍缺乏可量化的模擬評價指標(biāo)?！?他說，清華大學(xué)智能感知與無人系統(tǒng)（IPASS）實驗室在總結(jié)現(xiàn)有評價指標(biāo)的基礎(chǔ)上，提出了一些新的評價指標(biāo)。 首次建立了比較完整的毛發(fā)和布料數(shù)學(xué)模擬評價指標(biāo)體系。
“雖然視頻游戲技術(shù)為元界的數(shù)字化創(chuàng)造奠定了基礎(chǔ)，但元界的應(yīng)用及其衍生的技術(shù)進(jìn)步遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了游戲領(lǐng)域，應(yīng)該成為人們生活和工作的沉浸式虛擬時空。 ” 張麗華說，數(shù)學(xué)模擬雖然起源于游戲的需要，但其使用范圍已經(jīng)超越了游戲。 隨著當(dāng)前的盛行，數(shù)學(xué)模擬技術(shù)成為建立的關(guān)鍵誘因。
“對于未來面向元宇宙的應(yīng)用，數(shù)學(xué)模擬引擎是重要的核心技術(shù)之一?！?張麗華指出，為了滿足未來場景的需求，數(shù)學(xué)模擬引擎需要設(shè)計一個通用求解器來支持質(zhì)心、流體、軟體等不同類型的物質(zhì)對象。 它們之間的穩(wěn)定交互，通過云平臺的部署，支持實時、大規(guī)模、高精度的計算解決方案，設(shè)計分布式架構(gòu)，實現(xiàn)千萬級用戶同屏交互。
目前國外游戲和元宇宙的開發(fā)仍主要依賴美國、英偉達(dá)等成熟的商業(yè)引擎，而英偉達(dá)也開始布局元宇宙的基礎(chǔ)生態(tài)平臺。 張麗華覺得，在元宇宙時代，我們迫切需要研發(fā)出具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)學(xué)模擬引擎，這也是IPASS團(tuán)隊的一個重要研究目標(biāo)。
報告最后，張麗華院士以芯片散熱器設(shè)計、醫(yī)學(xué)圖像處理、氣象模擬、地震預(yù)報等場景為例，論證了數(shù)學(xué)仿真技術(shù)在工業(yè)設(shè)計和前沿科學(xué)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(guī)模復(fù)雜數(shù)學(xué)模擬中的大型應(yīng)用。
演講者介紹
張麗華
同濟(jì)大學(xué)特聘院士
同濟(jì)大學(xué)智能機器人研究院常務(wù)副院長
同濟(jì)大學(xué)元界智慧醫(yī)療研究院院長
中國人工智能學(xué)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(shù)字孿生、腦機交互與智慧醫(yī)療等領(lǐng)域的交叉創(chuàng)新，接受并授權(quán)發(fā)明專利90余項，發(fā)表國內(nèi)外頂級會議期刊論文100余篇。 清華大學(xué)智能感知與無人系統(tǒng)實驗室牽頭團(tuán)隊旨在在新一代人工智能基礎(chǔ)理論與算法、智能感知與認(rèn)知決策、新型腦機交互、智能機器人等領(lǐng)域開展創(chuàng)新研究，承擔(dān)技術(shù)創(chuàng)新2030-“新一代人工智能”重大專項、國家自然科學(xué)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。