北理工團(tuán)隊(duì)在具身空間仿真平臺(tái)建設(shè)方面取得重要成果
發(fā)布日期：2025-03-16 供稿：集成電路與電子學(xué)院 攝影：集成電路與電子學(xué)院
編輯：李曉雨 審核：薛正輝 閱讀次數(shù)：
3月14日,，北京理工大學(xué)集成電路與電子學(xué)院周治國(guó)副教授團(tuán)隊(duì)與蘇州同元軟控信息技術(shù)有限公司聯(lián)合推出基于MWORKS的具身空間仿真平臺(tái)（Embodied Space Simulation Platform）框架,，探索形成具身智能無(wú)人船案例。
具身信息物理系統(tǒng)（Embodied Cyber-Physical System,ECPS）是一種將具身智能體深度集成到信息物理系統(tǒng)框架中的新型系統(tǒng)架構(gòu),。它不僅包含了傳統(tǒng)CPS中的物理系統(tǒng),、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和信息系統(tǒng)，還特別強(qiáng)調(diào)具身智能體在其中的核心作用,。具身空間（Embodied Space）是一個(gè)綜合性的智能環(huán)境,，有機(jī)結(jié)合了物理空間、虛擬空間和數(shù)據(jù)空間,，融合了虛擬現(xiàn)實(shí),、計(jì)算通信、感知融合,、決策推理和機(jī)器人控制等多種先進(jìn)技術(shù),。
基于MWORKS的具身空間仿真平臺(tái)是一個(gè)高度綜合的人工智能平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)具身空間建模,、無(wú)人系統(tǒng)建模與仿真,、智能體開(kāi)發(fā)與訓(xùn)練、實(shí)地部署與測(cè)試多項(xiàng)功能,。它通過(guò)集成物理空間,、虛擬空間和數(shù)據(jù)空間，支持無(wú)人系統(tǒng)的感知,、學(xué)習(xí),、推理和行動(dòng)，旨在提升無(wú)人系統(tǒng)的具身智能,。通過(guò)其關(guān)鍵模塊（如虛擬仿真引擎,、生成智能引擎和推理進(jìn)化引擎等）來(lái)實(shí)現(xiàn)具身空間的構(gòu)建和功能支持。
該平臺(tái)采用三維虛擬引擎構(gòu)建高保真場(chǎng)景,，基于MWORKS平臺(tái)構(gòu)建智能體信息物理融合虛擬仿真環(huán)境,，支持復(fù)雜場(chǎng)景動(dòng)態(tài)建模及多智能體系統(tǒng)的集群協(xié)同訓(xùn)練，涵蓋無(wú)人機(jī),、無(wú)人車,、機(jī)器狗等無(wú)人系統(tǒng)的導(dǎo)航、決策與交互任務(wù),。通過(guò)融合強(qiáng)化學(xué)習(xí)框架,、ROS通訊協(xié)議及Python算法接口，提供從虛擬仿真到數(shù)字孿生的全鏈路閉環(huán)驗(yàn)證能力,，支持用戶快速部署自定義算法,，并實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航,、環(huán)境感知、任務(wù)抓取等功能的跨場(chǎng)景適配,，為工業(yè)自動(dòng)化,、智慧城市及機(jī)器人研發(fā)提供安全、高效,、可擴(kuò)展的智能訓(xùn)練基礎(chǔ)設(shè)施,。
具身空間模擬器（Embodied Space Simulator,ES-Sim）
具身智能無(wú)人船是具身空間仿真平臺(tái)的典型應(yīng)用案例。由基于MWORKS的數(shù)字無(wú)人船,、基于ROS的無(wú)人船開(kāi)源框架,、基于Unity的虛擬三維仿真引擎、基于PyTorch的深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),，并集成了deepseek大模型5部分組成,。
基于MWORKS平臺(tái)構(gòu)建的無(wú)人船數(shù)字樣機(jī)包括三自由度本體模型和導(dǎo)航控制算法，無(wú)人船本體模型能夠考慮無(wú)人船風(fēng),、浪、流等各種擾動(dòng)的情況下實(shí)現(xiàn)無(wú)人船速度,、航向角等航行參數(shù)的理論計(jì)算,，既為航線決策和路線規(guī)劃提供理論依據(jù)，又能夠與導(dǎo)航控制算法形成控制閉環(huán),，在虛擬空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)算法的設(shè)計(jì)驗(yàn)證,。運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)支持動(dòng)態(tài)調(diào)整環(huán)境參數(shù)（風(fēng)浪流強(qiáng)度,、障礙物分布）,，并通過(guò)PyTorch的在線學(xué)習(xí)機(jī)制持續(xù)優(yōu)化策略網(wǎng)絡(luò)，確保無(wú)人艇在復(fù)雜場(chǎng)景下的自主導(dǎo)航與任務(wù)適應(yīng)性,。
通過(guò)deepseek大模型實(shí)現(xiàn)自然語(yǔ)言交互與智能化任務(wù)管理,。系統(tǒng)支持語(yǔ)音/文本指令輸入（如“繞行障礙”“切換航線”“多目標(biāo)巡檢”），大模型解析指令后,，結(jié)合實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)（激光雷達(dá),、視覺(jué)信息）與船舶狀態(tài)，動(dòng)態(tài)生成任務(wù)優(yōu)先級(jí)與局部路徑策略,，并調(diào)用強(qiáng)化學(xué)習(xí)模塊（PPO/TD3）優(yōu)化決策指令,。針對(duì)復(fù)雜任務(wù)（協(xié)同作業(yè)、動(dòng)態(tài)場(chǎng)景適配）,，通過(guò)ROS通信聯(lián)動(dòng)數(shù)字樣船與仿真環(huán)境,，自動(dòng)拆解任務(wù)為可執(zhí)行子目標(biāo)，調(diào)整航行參數(shù)與路徑規(guī)劃?rùn)?quán)重,。訓(xùn)練階段融合歷史交互數(shù)據(jù)與強(qiáng)化學(xué)習(xí)獎(jiǎng)勵(lì)反饋,，優(yōu)化指令-動(dòng)作映射邏輯,，提升系統(tǒng)在未知場(chǎng)景下的語(yǔ)義理解與任務(wù)泛化能力，形成“人類指令-智能決策-閉環(huán)驗(yàn)證”的一體化交互鏈路,。
基于Unity虛擬仿真環(huán)境加載預(yù)設(shè)水域場(chǎng)景與船舶數(shù)字樣機(jī),，并通過(guò)ROS-TCP通信協(xié)議綁定傳感器數(shù)據(jù)流（激光雷達(dá)、視覺(jué)相機(jī)）與物理引擎參數(shù),；在ROS框架內(nèi)啟動(dòng)避障算法節(jié)點(diǎn),，加載預(yù)訓(xùn)練的PPO/TD3強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型及監(jiān)督學(xué)習(xí)策略，同步運(yùn)行MWORKS.Sysplorer進(jìn)行船舶動(dòng)力學(xué)計(jì)算,；運(yùn)動(dòng)控制模塊根據(jù)實(shí)時(shí)決策指令（路徑規(guī)劃,、避障角速度）驅(qū)動(dòng)數(shù)字樣船模型，并通過(guò)ROS Topic反饋船舶位姿,、環(huán)境交互狀態(tài)至仿真界面,；最終形成“感知數(shù)據(jù)采集-算法在線推理-控制指令執(zhí)行-物理狀態(tài)回傳”的實(shí)時(shí)閉環(huán)。運(yùn)行過(guò)程中,，系統(tǒng)支持動(dòng)態(tài)調(diào)整環(huán)境參數(shù)（風(fēng)浪流強(qiáng)度,、障礙物分布），并通過(guò)PyTorch的在線學(xué)習(xí)機(jī)制持續(xù)優(yōu)化策略網(wǎng)絡(luò),，確保無(wú)人艇在復(fù)雜場(chǎng)景下的自主導(dǎo)航魯棒性與任務(wù)適應(yīng)性,。
具身空間仿真平臺(tái)案例：具身智能無(wú)人船
同時(shí)，團(tuán)隊(duì)正在積極推動(dòng)開(kāi)設(shè)《具身智能仿真與建?！氛n程和相關(guān)教材編寫工作,，教材將系統(tǒng)性地闡述具身智能的背景知識(shí)、研究現(xiàn)狀及主流框架,，介紹基于MWORKS具身物理信息系統(tǒng)建模和仿真的基礎(chǔ)知識(shí),，確保讀者能夠從理論到實(shí)踐全面掌握具身智能的核心內(nèi)容。并將重點(diǎn)介紹基于MWORKS的具身智能框架,，涵蓋ROS（機(jī)器人操作系統(tǒng)）,、三維虛擬仿真環(huán)境以及MWORKS計(jì)算引擎等內(nèi)容，充分展現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化仿真平臺(tái)在具身智能領(lǐng)域的強(qiáng)大實(shí)力和廣泛應(yīng)用前景,。
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