2023年5月27日，是复旦大学建校118周年校庆。 “校庆期间的各种活动都是以推动科学研究为中心。” 自1954年校庆前夕，时任校长陈望道提出这一想法以来，校庆期间举办科学讲座已成为复旦大学重要的学术传统之一。
这一学术传统一直延续了数百年。 5月9日起，来自文、社、理、工、医等各学科领域的50余位复旦名师将陆续进行学术讲座。
“2023年向晖校园周年纪念系列学术报告”第十六场由复旦大学智能机器人研究院常务副院长张利华教授作题为《物理仿真——构建真实数字世界的基石》 ”
复旦大学智能机器人研究院常务副院长张利华教授
随着虚拟宇宙概念的升温，人们对虚拟宇宙塑造的数字世界充满了想象。 正如现实世界按照物理规律运行一样，“真实”的元宇宙数字世界的构建也离不开现代物理模拟技术的支持。 张丽华带领观众回顾了物理仿真技术的发展、物理引擎的基本计算过程和研究现状，以及物理仿真技术在工业数字孪生、逼真数字人创造、机器人仿真与切割等方面的应用前沿科学研究，并展望了物理模拟技术未来的发展趋势。
“元宇宙”的概念从何而来？ “元宇宙”一词最初是由科幻小说作家尼尔·斯蒂芬森在其 1992 年的小说《雪崩》中创造的。 这是一个与现实世界平行的网络空间。 也就是说，如果戴上开发的耳机和目镜，找到连接终端，就可以通过虚拟克隆进入计算机模拟的、与现实世界平行的虚拟空间。
张丽华介绍，元宇宙具有沉浸式体验、虚拟化身、开放创作、社交属性强、系统稳定等特点。 其六大支撑技术分别是区块链技术、交互技术、视频游戏技术和人工智能技术。 网络与计算技术和物联网技术（简称“BIGANT”）根据其在元宇宙中的支撑作用可以进一步分为五类：感知、计算、重构、协作和交互。 “3D渲染和物理模拟引擎是元宇宙重建的基础支撑技术。”张利华强调。 物理模拟是元宇宙最关键的支撑技术之一。 物理引擎具有极高的商业价值3D场景，也受到科技巨头的重视。 它是重要的基石之一。
活动现场
多年来，张利华带领科研团队在物理引擎设计和研发方面取得重要成果。 张利华是全球三大商业物理引擎PhysX创始人之一。 该引擎被Unreal Engine、Unity3D等顶级游戏开发引擎以及Metaverse模拟平台Nvidia Omniverse所采用。
“物理模拟可以解决什么问题？它可以让游戏中的角色动起来，让角色和场景自然地互动和碰撞。” 张丽华通过播放游戏片段，形象地展示了物理模拟在影片中的具体应用。 他认为，虚拟宇宙将成为未来互联网的新形态，其更大的价值在于通过虚拟与现实的交互与融合影响人们生活的真实物理世界。
谈及物理仿真在元宇宙等领域的应用，张丽华介绍了工厂数字孪生、护理机器人、虚拟数字人的发展和应用。
在谈到物理引擎应用于护理机器人开发的案例时，张丽华表示：“物理引擎提供了一个可以高度模拟机器人护理场景的仿真平台虚拟现实用虚幻还是unity开发，为机器人技能学习、虚拟病人建模提供了充分的支持。” 、活动场景设计等支持。”
张丽华以游戏《堡垒之夜》为例介绍，实时模拟大场景是物理引擎的发展趋势。 美国著名说唱歌手特拉维斯·斯科特曾在《堡垒之夜》上举办了一场虚拟音乐会，有 2770 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，基于物理仿真技术构建包括虚拟数字人在内的虚拟场景，可以给人们带来更加真实、震撼的沉浸式体验。
如何让虚拟数字人变得更加真实？ 张丽华用图片介绍了头发模拟、肌肉模拟、动作模拟、服装模拟等数字人物理模拟技术。 布料模拟和头发模拟技术可以为虚拟数字人添加真实、自然的衣服和发型，创造出更加真实的角色形象。 “布料模拟和头发模拟算法原理类似，但仍缺乏可量化的模拟评价指标。” 他表示，复旦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。 有针对性的模拟评价指标，首次构建了较为完整的头发和布料物理模拟方法的评价指标体系。
“虽然视频游戏技术为元宇宙的数字化创造奠定了基础，但元宇宙的应用及其衍生的技术进步远远超出了游戏领域，而应该成为人们生活和工作的沉浸式虚拟时空。” 张丽华表示，物理模拟虽然起源于游戏的需求，但其使用范围早已超出了游戏。 随着当前虚拟宇宙的兴起，物理模拟技术成为构建虚拟宇宙的关键因素。
“对于未来元宇宙的应用，物理模拟引擎是重要的核心技术之一。” 张利华强调，为了适应未来场景的需求，物理模拟引擎需要设计通用求解器来支持刚体、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撑实时、大规模、高精度的计算解决方案，并设计分布式架构，实现千万级用户的同屏交互。
目前国内游戏和元宇宙开发仍然主要依赖国外Unreal Engine、Unity3D等成熟商业引擎，而NVIDIA已经开始布局元宇宙基础生态平台Omniverse。 张利华认为虚拟现实用虚幻还是unity开发游戏图片素材，在虚拟宇宙时代，我们迫切需要研发一款具有完全自主知识产权的物理模拟引擎。 这也是IPASS团队的一个重要研究目标。
报告最后，张利华教授以芯片散热器设计、医学图像处理、天气模拟、地震预报等场景为例，展示了物理仿真技术在工业设计和前沿科学研究中的重要支撑作用，并引入了人工智能在大规模复杂物理模拟中的科学应用。
