张立华教授，复旦大学智能机器人研究院常务副院长

随着元宇宙概念的升温，人们对元宇宙塑造的数字世界充满了想象。就像真实世界按照物理规律运行一样，“真实”元宇宙数字世界的构建离不开现代物理仿真技术的支撑。张立华带领观众回顾了物理模拟技术的发展、物理引擎的基本计算过程和当前的研究现状，以及物理模拟技术在工业数字双胞胎、逼真数字人创建、机器人模拟和前沿科学研究中的应用，并期待着物理模拟技术的未来发展趋势。

元宇宙的概念从何而来？“元宇宙”（Metaverse）这个词最初是由科幻小说作家尼尔·斯蒂芬森在1992年的小说《雪崩》中创作的。这是一个平行于现实世界的博客空间（Cyberspace），也就是说，戴上开发的耳机和眼镜，找到连接终端，你可以通过虚拟分离进入计算机模拟的虚拟空间，平行于现实世界。

张立华介绍，元宇宙具有沉浸式体验、虚拟分离、开放创造、强大的社会属性和稳定系统的特点，其六种支持技术—区块链技术、互动技术、电子游戏技术、人工智能技术、网络和计算技术和物联网技术（以下简称“”BIGANT根据对元宇宙的支撑作用，可进一步概括为感知、计算、重构、协同和交互五类。“3D渲染和物理模拟引擎是元宇宙重建的基本支撑技术，”张立华强调，物理模拟是元宇宙中最关键的支撑技术之一。物理引擎具有很高的商业价值，科技巨头也被视为重要的基石之一。

活动现场

多年来，张立华带领科研团队在物理引擎的设计和研发方面取得了重要成果。张立华是世界三大商用物理引擎Physx的创始人之一。该发动机被Unreal使用 Engine(虚幻引擎)、顶级游戏开发引擎如Unity3D和元宇宙模拟平台Nvidia 采用Omniverse。

“物理模拟能解决什么问题？通过播放游戏片段，张立华生动地展示了物理模拟在电影中的具体应用。他认为，元宇宙将成为未来互联网的一种新形式，其更大的价值在于通过虚拟和现实的互动和整合影响人们生活的真实物理世界。

谈到物理模拟在元宇宙等领域的应用，张立华介绍了工厂数字孪生、护理机器人和虚拟数字人的开发和应用。

在谈到物理引擎在护理机器人开发中的应用时，张立华说：“物理引擎提供了一个模拟平台，可以高度模拟机器人护理场景，为机器人技能学习、虚拟患者建模、活动场景设计提供了充分的支持。”

以游戏《堡垒之夜》为例，张立华介绍，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Travisis Scott在《堡垒之夜》上举办了一场2770万人观看的虚拟音乐会，沉浸式体验给所有玩家留下了深刻的印象。可以看出，基于物理仿真技术实现的虚拟场景构建，包括虚拟数字人，可以给人们带来更真实、更震撼的沉浸感。

如何让虚拟数字人更逼真？张立华结合图片介绍了数字人中的物理模拟技术，如毛发模拟、肌肉模拟、动作模拟和服装模拟。面料模拟和头发模拟技术可以为虚拟数字人添加逼真、自然的衣服和发型，构建更真实的人物形象。“布料仿真与毛发仿真算法原理相似，但仍缺乏可量化的仿真评价指标。“他说，复旦大学的智能感知和无人系统（IPASS）在总结现有评价指标的基础上，实验室提出了一些新的有针对性的模拟评价指标，首次建立了相对完整的毛布物理模拟方法评价指标体系。

“虽然电子游戏技术为元宇宙的数字创建奠定了基础，但元宇宙的应用及其衍生技术进展远远超过了游戏领域，而应该成为人们生活和工作的沉浸式虚拟时空。”张立华说，虽然物理模拟起源于游戏的需求，但它已经超出了游戏的范围。随着元宇宙的兴起，物理模拟技术已成为构建元宇宙的关键因素。

“物理模拟引擎是未来元宇宙应用的重要核心技术之一。”张立华强调，为了满足未来场景的需要，物理模拟引擎需要设计一个通用的解决方案来支持刚体、流体、软件等不同类型材料之间的稳定交互，通过云平台部署支持实时、大量、高精度的操作解决方案，设计分布式架构，实现数千万用户的屏幕交互。

目前，国内游戏和元宇宙的发展仍然主要依赖于国外的Unreal 成熟的商业引擎，如Engine和Unity3D，以及英伟达，已经开始布局基本的元宇宙生态平台。张立华认为，在元宇宙时代，我们迫切需要开发具有完全独立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。

报告结束时，张立华教授以芯片散热器设计、医学影像处理、气象模拟、地震预测等场景为例，展示了物理模拟技术在工业设计和前沿科学研究中的重要支持作用，并介绍了人工智能 for Science在大规模复杂物理仿真中的应用。