北理工團隊在具身空間仿真平臺建設(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)院周治國副教授團隊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（Embodied Space Simulation Platform）框架,，探索形成具身智能無人船案例,。
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),，還特別強調(diào)具身智能體在其中的核心作用。具身空間（Embodied Space）是一個綜合性的智能環(huán)境,，有機結(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,、計算通信,、感知融合、決策推理和機器人控制等多種先進技術(shù),。
基于MWORKS的具身空間仿真平臺是一個高度綜合的人工智能平臺,，能夠?qū)崿F(xiàn)具身空間建模、無人系統(tǒng)建模與仿真,、智能體開發(fā)與訓(xùn)練,、實地部署與測試多項功能。它通過集成物理空間,、虛擬空間和數(shù)據(jù)空間,，支持無人系統(tǒng)的感知、學(xué)習(xí),、推理和行動,，旨在提升無人系統(tǒng)的具身智能。通過其關(guān)鍵模塊（如虛擬仿真引擎,、生成智能引擎和推理進化引擎等）來實現(xiàn)具身空間的構(gòu)建和功能支持,。
該平臺采用三維虛擬引擎構(gòu)建高保真場景，基于MWORKS平臺構(gòu)建智能體信息物理融合虛擬仿真環(huán)境,，支持復(fù)雜場景動態(tài)建模及多智能體系統(tǒng)的集群協(xié)同訓(xùn)練,，涵蓋無人機、無人車,、機器狗等無人系統(tǒng)的導(dǎo)航,、決策與交互任務(wù)。通過融合強化學(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)驗證能力,，支持用戶快速部署自定義算法，并實現(xiàn)自主導(dǎo)航,、環(huán)境感知,、任務(wù)抓取等功能的跨場景適配，為工業(yè)自動化,、智慧城市及機器人研發(fā)提供安全,、高效、可擴展的智能訓(xùn)練基礎(chǔ)設(shè)施,。
具身空間模擬器（Embodied Space Simulator,ES-Sim）
具身智能無人船是具身空間仿真平臺的典型應(yīng)用案例,。由基于MWORKS的數(shù)字無人船、基于ROS的無人船開源框架,、基于Unity的虛擬三維仿真引擎,、基于PyTorch的深度強化學(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平臺構(gòu)建的無人船數(shù)字樣機包括三自由度本體模型和導(dǎo)航控制算法,，無人船本體模型能夠考慮無人船風(fēng)、浪,、流等各種擾動的情況下實現(xiàn)無人船速度,、航向角等航行參數(shù)的理論計算，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)實現(xiàn)算法的設(shè)計驗證。運行過程中,，系統(tǒng)支持動態(tài)調(diào)整環(huán)境參數(shù)（風(fēng)浪流強度,、障礙物分布），并通過PyTorch的在線學(xué)習(xí)機制持續(xù)優(yōu)化策略網(wǎng)絡(luò),，確保無人艇在復(fù)雜場景下的自主導(dǎo)航與任務(wù)適應(yīng)性,。
通過deepseek大模型實現(xiàn)自然語言交互與智能化任務(wù)管理。系統(tǒng)支持語音/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)合實時感知數(shù)據(jù)（激光雷達,、視覺信息）與船舶狀態(tài),，動態(tài)生成任務(wù)優(yōu)先級與局部路徑策略，并調(diào)用強化學(xué)習(xí)模塊（PPO/TD3）優(yōu)化決策指令,。針對復(fù)雜任務(wù)（協(xié)同作業(yè),、動態(tài)場景適配），通過ROS通信聯(lián)動數(shù)字樣船與仿真環(huán)境,，自動拆解任務(wù)為可執(zhí)行子目標(biāo),，調(diào)整航行參數(shù)與路徑規(guī)劃權(quán)重,。訓(xùn)練階段融合歷史交互數(shù)據(jù)與強化學(xué)習(xí)獎勵反饋，優(yōu)化指令-動作映射邏輯,，提升系統(tǒng)在未知場景下的語義理解與任務(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)水域場景與船舶數(shù)字樣機,，并通過ROS-TCP通信協(xié)議綁定傳感器數(shù)據(jù)流（激光雷達,、視覺相機）與物理引擎參數(shù)；在ROS框架內(nèi)啟動避障算法節(jié)點,，加載預(yù)訓(xùn)練的PPO/TD3強化學(xué)習(xí)模型及監(jiān)督學(xué)習(xí)策略,，同步運行MWORKS.Sysplorer進行船舶動力學(xué)計算；運動控制模塊根據(jù)實時決策指令（路徑規(guī)劃,、避障角速度）驅(qū)動數(shù)字樣船模型,，并通過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”的實時閉環(huán),。運行過程中，系統(tǒng)支持動態(tài)調(diào)整環(huán)境參數(shù)（風(fēng)浪流強度,、障礙物分布）,，并通過PyTorch的在線學(xué)習(xí)機制持續(xù)優(yōu)化策略網(wǎng)絡(luò)，確保無人艇在復(fù)雜場景下的自主導(dǎo)航魯棒性與任務(wù)適應(yīng)性,。
具身空間仿真平臺案例：具身智能無人船
同時,，團隊正在積極推動開設(shè)《具身智能仿真與建模》課程和相關(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,、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,，確保讀者能夠從理論到實踐全面掌握具身智能的核心內(nèi)容,。并將重點介紹基于MWORKS的具身智能框架，涵蓋ROS（機器人操作系統(tǒng)）,、三維虛擬仿真環(huán)境以及MWORKS計算引擎等內(nèi)容,，充分展現(xiàn)國產(chǎn)化仿真平臺在具身智能領(lǐng)域的強大實力和廣泛應(yīng)用前景。
文獻鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/oDT-AFxG6E724tVcsJAKhA
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