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Sim-to-Real

Sim-to-Real 是一种技术:先在计算机中的虚拟环境(仿真)里训练机器人或 AI,再把学到的能力迁移到真实世界中使用。

关于这个术语
难度
进阶 · 需要了解内部原理的专业术语
加入时间
2026-10-08
通俗解释 这就像飞行员在真正飞行前,先在飞行模拟器里反复练习。不过,正如模拟器与现实哪怕稍有不同,飞行员在实战中也会慌乱一样,机器人也可能因为虚拟与现实之间的差异而出错。

工作原理

首先在模拟物理规律的仿真器中搭建机器人及其周围环境。机器人在其中通过强化学习等方法,把行走、抓取等动作尝试数百万次来掌握。训练时会刻意不断改变地面摩擦、物体重量、光照、传感器噪声等条件,这称为“域随机化”。适应了多种条件的机器人,即使现实与仿真略有不同也能应对。得到的控制模型(策略)迁移到真实机器人上后,有时还会用在现实中收集的少量数据再做调整。

Sim-to-Real 训练流程仿真器 → 域随机化; 域随机化 → 强化学习训练; 强化学习训练 → 策略模型; 策略模型 → 应用于真实机器人(迁移); 应用于真实机器人 → 用现实数据校正(少量数据); 用现实数据校正 → 强化学习训练仿真器虚拟机器人·环境域随机化改变摩擦·重量·光照强化学习训练大量试错策略模型动作控制应用于真实机器人用现实数据校正迁移少量数据
Sim-to-Real 训练流程 在虚拟环境中变换条件训练出策略,迁移到真实机器人上,再用现实数据进行调整的流程。

为什么重要

用真实机器人反复试错耗时很长,还有机器损坏或人员受伤的风险。在仿真中,可以同时训练大量机器人,速度也远快于现实。摔倒、掉落都不产生成本。因此,在人形机器人、机械臂等难以收集数据的领域,它被用作核心训练方法。

注意事项

虚拟与现实之间的差异通常称为“现实差距(Reality Gap)”,这是最大的难题。布料、液体等难以仿真的物体,以及细微的接触和摩擦,尤其容易与现实不符。随机化范围太宽,学习会变得困难;范围太窄,则会在现实中失败。因此,通常不会只依赖仿真,而是与真实数据混合使用。

示例

机器人公司普遍采用这样的方式:先在大规模仿真中训练行走、保持平衡等基础动作,再把结果迁移到真实的人形机器人或四足机器人上。可以说,仿真器中数千台虚拟机器人同时摔倒、爬起所学会的步态,最终成为一台真实机器人的步伐。

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