5月24日上午，庆祝学校建校118周年的向晖诞辰系列第十六期学术报告会在向晖堂南大厅举行。 清华大学智能机器人研究院常务副院长张丽华院士作了题为“物理仿真——创造真实数字世界的基石”的报告，智能机器人研究院副教授张文强主持那个报告。
随着概念的升温，人们对创造的数字世界充满了想象。 正如现实世界按照化学规律运行一样，“真实”虚拟宇宙数字世界的建立离不开现代数学模拟技术的支持。 张丽华带领听众回顾了数学仿真技术的发展历程、物理引擎的基本估算过程和研究现状，以及数学仿真技术在工业数字孪生、逼真数字人创造、机器人仿真等方面的应用。科研前沿，展望未来数学模拟技术的发展趋势。
虚拟现实未来将成为互联网的一种新形态
“元宇宙”的想法从何而来？
“”一词最早是由悬疑艺术家尼尔·斯蒂芬森 (Neil ) 在其 1992 年的小说《雪崩》中创造的。 是一个平行于现实世界的赛博空间（），即戴上开发的麦克风和物镜，找到连接终端，通过虚拟的形式进入计算机模拟的与现实世界平行的虚拟空间。化身。
张丽华介绍，元界具有沉浸式体验、虚拟化身、开放创作、强社交属性、系统稳定等特点。 它的六大支撑技术是区块链技术、交互技术、视频游戏技术和人工智能技术。 、网络与计算技术、物联网技术（简称“”），根据其在元宇宙中的支撑作用，又可进一步分为感知、计算、重构、协作、交互五类。 “其中，3D渲染和化学模拟引擎是构建元宇宙的基础支撑技术。”张丽华指出。 化学模拟是元界最关键的支撑技术之一。 数学引擎具有极高的商业价值，科技巨头也将其视为重要基石之一。
多年来，张丽华带领科研团队在数学引擎的设计研发方面取得了重要成果。 张丽华是世界三大商业数学引擎PhysX的创始人之一。 该引擎被（虚幻引擎）以及其他顶级游戏开发引擎和元宇宙模拟平台使用。
“物理模拟能解决什么问题？可以让游戏中的角色动起来，让角色和场景自然地互动碰撞。” 通过播放游戏片段，张丽华生动地演示了数学模拟在电影中的具体应用。 他认为，未来元界将成为互联网的一种新形态，其更大的价值在于通过虚实交互、融合影响人们生活的真实数学世界。
元宇宙及其衍生技术进步的应用远超游戏领域
谈及数学模拟在元宇宙等领域的应用，张丽华介绍了数字孪生体在鞋厂、护理机器人、虚拟数字人等领域的开发应用。
在谈及化学引擎应用于护理机器人开发的案例时，张丽华介绍，“物理引擎提供了一个仿真平台，可以高度模拟机器人护理场景，为机器人技能学习、虚拟病人提供充分支持。建模、活动场景设计。支持。”
以《堡垒之夜》游戏为例物理隔断方式，张丽华介绍，实时模拟大场景是数学引擎的发展趋势。 日本知名说唱歌手斯科特曾在《堡垒之夜》上举办过一场虚拟演唱会，有277万人观看。 身临其境的体验给所有玩家留下了深刻的印象。 可见，基于数学模拟技术创建包括虚拟数字人在内的虚拟场景，能够带给人们更加逼真、震撼的沉浸感。
如何让虚拟数字人更逼真？ 张丽华用图片介绍了数字人中头发模拟、肌肉模拟、动作模拟、服装模拟等数学模拟技术。 面料仿真和毛发仿真技术可以为虚拟数字人添加逼真自然的服装和妆容，创造出越来越真实的人物形象。 “布料模拟和毛发模拟的算法原理类似，但仍缺乏可量化的模拟评价指标。” 他说，清华大学智能感知与无人系统（IPASS）实验室在总结现有评价指标的基础上，提出了一些新的评价指标。 首次建立了比较完整的毛发和布料数学模拟评价指标体系。
“虽然视频游戏技术为元界的数字化创造奠定了基础，但元界的应用及其衍生的技术进步远远超出了游戏领域，应该成为人们生活和工作的沉浸式虚拟时空。 ” 张丽华说，数学模拟虽然起源于游戏的需要，但其使用范围已经超越了游戏。 随着当前的盛行，数学模拟技术成为建立的关键诱因。
“对于未来面向元宇宙的应用，数学模拟引擎是重要的核心技术之一。” 张丽华指出，为了满足未来场景的需求，数学模拟引擎需要设计一个通用求解器来支持质心、流体、软体等不同类型的物质对象。 它们之间的稳定交互，通过云平台的部署，支持实时、大规模、高精度的计算解决方案，设计分布式架构，实现千万级用户同屏交互。
目前国外游戏和元宇宙的开发仍主要依赖美国、英伟达等成熟的商业引擎，而英伟达也开始布局元宇宙的基础生态平台。 张丽华觉得，在元宇宙时代，我们迫切需要研发出具有完全自主知识产权的数学模拟引擎，这也是IPASS团队的一个重要研究目标。
报告最后，张丽华院士以芯片散热器设计、医学图像处理、气象模拟、地震预报等场景为例，论证了数学仿真技术在工业设计和前沿科学研究中的重要支撑作用物理隔断方式，以及介绍了 AI 在大规模复杂数学模拟中的大型应用。
演讲者介绍
张丽华
同济大学特聘院士
同济大学智能机器人研究院常务副院长
同济大学元界智慧医疗研究院院长
中国人工智能学会会员、人机融合智能专委会秘书长
主要研究方向为机器直觉、人机融合智能等新一代人工智能理论、计算机视觉与行为识别、虚拟仿真与数字孪生、脑机交互与智慧医疗等领域的交叉创新，接受并授权发明专利90余项，发表国内外顶级会议期刊论文100余篇。 清华大学智能感知与无人系统实验室牵头团队旨在在新一代人工智能基础理论与算法、智能感知与认知决策、新型脑机交互、智能机器人等领域开展创新研究，承担技术创新2030-“新一代人工智能”重大专项、国家自然科学基金重大专项、上海市人工智能重大专项等国家、省、局级科研项目科技专项。