Genesis - CMU 联合 20 多所研究机构开源的生成式物理引擎

Genesis是什么

Genesis是卡内基梅隆大学、马里兰大学、斯坦福大学、麻省理工学院等研究机构联合推出的开源生成式物理引擎。用自然语言描述一个场景，Genesis就能快速生成精确的物理模拟，物体运动、人物动作、机器人策略都可以。它的卖点有三个：物理准确性高、模拟速度快（比现实世界快约430000倍）、Python化的接口容易上手。除了各种材料和物理现象，Genesis还自带一个轻量级、超快速的机器人仿真平台和一个照片级写实渲染系统，并能把自然语言描述转成数据模式接入生成式数据引擎。项目面向通用机器人、具身AI和物理AI应用。

Genesis的主要功能

• 物理模拟：覆盖各种材料和物理现象，物体的运动、碰撞、流体动力学都在模拟范围内。
• 机器人仿真平台轻量、速度快，支持机械臂、腿式机器人、无人机、软体机器人等多种类型。
• 照片级渲染：自带照片级写实渲染系统，速度快，输出的视觉画面质量高。
• 生成式数据引擎：把用户的自然语言描述转成数据模式，用来生成模拟场景。
• 交互式3D场景：可以生成完全交互式的3D场景，比如家居室内场景和游戏环境。
• 开放世界物体生成：生成开放世界里的铰接式物体，同时输出高质量的mesh资产。
• 软体机器人模拟：软体机器人也能逼真模拟，比如蠕虫、柔软的抓手。
• 面部动画和语音同步：生成与语音同步的面部动作和表情，动画效果逼真。

Genesis的技术原理

• 通用物理引擎：引擎从零构建，集成了刚体、MPM（物质点方法）、SPH（光滑粒子流体动力学）、FEM（有限元方法）、PBD（位置基动力学）等多种物理求解器，保证模拟的精确度。
• 生成Agent框架：运行在核心物理引擎之上，自动完成数据生成，视频、摄像机运动、角色动作、机器人策略都包括。
• 可微分仿真：仿真过程支持可微分，能和机器学习算法结合起来用于训练和优化。
• 多模态集成：把物理模拟与视觉渲染、动作捕捉、语音合成等多模态技术集成在一起。
• 跨平台兼容性：可在不同操作系统和计算后端上运行，CPU、Nvidia GPU、AMD GPU、Apple Metal都支持。

Genesis的项目地址

• 项目官网：genesis-embodied-ai.github.io
• GitHub仓库：https://github.com/Genesis-Embodied-AI/Genesis

Genesis的应用场景

• 机器人仿真训练：模拟复杂环境，先在仿真里训练机器人，再让它执行现实世界的任务。
• 游戏物理引擎：用于游戏开发，制作逼真的物理效果和角色动作。
• 电影特效制作：模拟逼真的物理破坏和动态效果，供电影后期制作使用。
• 科学研究模拟：服务物理学和工程学研究与教学，模拟实验、验证理论。
• 虚拟教学平台：在教育领域搭建虚拟实验室，辅助物理和科学教学。