原創(chuàng)關(guān)注前沿科技量子位郭一璞魚羊發(fā)自凹非寺量子位報道公眾號 QbitAI 還沉醉在《黑神話：悟空》精細的 3D 計算機特效里呢？ 做 3D 特效這件事兒，一浪更比一浪強。

　　最近，一位名叫 John Lin 的網(wǎng)友，就分享了自己做的 3D 流體特效。 注意，用 GPU 渲染之后，運行下面分享的所有特效效果，都只要一塊 CPU。 而且是實時的，你可以用鼠標操縱改變水流和環(huán)境。 比如，彩虹色的流水注入不規(guī)則的泳池，整個水流的形狀、波瀾，完全符合現(xiàn)實世界的物理特征。

　　水滿則溢，右邊的瀑布劃出了漂亮的拋物線。

　　甚至還能做出這種類似跑馬燈的效果。

　　水揚上天，瞬間激起了潔白的浪花，沖撞天花板的各個角落。

　　如果把地形改的再復(fù)雜一點呢？ 比如，我們把地形改成蘇州園林里的獅子林這種不規(guī)則假山組成的風格？

　　加上水流，頓時就有了靈動的江南感。

　　視角穿行其中，就像走在溶洞里一樣。

　　如果水流激蕩，一樣能穿過每條石頭縫。

　　真想@一下《江南百景圖》的策劃，下一部游戲別做 2D 平面風格了，做出這樣的特效豈不是更加狀況？ 甚至，水流還可以適應(yīng)動態(tài)的地形。 不信你看下面的例子。

　　水流穿過上層容器中心的洞，形成瀑布澆灌下層容器。

　　如果我們把兩層之間的隔板刪掉，模擬的水流依然可以適應(yīng)地形的變化，用更快的速度墜落。

　　簡直巧奪天工。在只用一塊 CPU 的情況下，有效粒子最高值達到了 200 萬之高。 如果不過癮，你可以可以看看視頻完整版： 其實，上面的特效用到的工具是 MLS-MPM 算法，它的一作正是姚班畢業(yè)生、MIT 在讀博士胡淵鳴大神，在賓夕法尼亞大學蔣陳凡夫老師的指導(dǎo)下完成。

　　水流的效果，讓胡淵鳴本人都覺得驚艷，稱贊作者代碼功底強。 而且，不少同行開發(fā)者看到之后也都贊嘆不已，impressive、awesome，各種好詞輪流夸：

　　他們覺得，能在單個的 CPU 核心上跑起來，簡直驚人。

　　MLS-MPM 是什么胡淵鳴團隊發(fā)表在 SIGGRAPH 2018 上的一篇論文，介紹了 MLS-MPM 算法。 MLS-MPM，全稱是 Moving Least Squares Material Point Method，移動最小二乘材料點方法。 用移動最小二乘法，將 APIC（The Affine Particle-In-Cell Method）和動量方程弱形式一致的力計算統(tǒng)一起來，實現(xiàn)了新的應(yīng)力散度離散化，使 MPM 的運行速度快了兩倍，還成功模擬了 MPM 此前并不支持的各種新現(xiàn)象，包括材料切割、動態(tài)開放邊界和剛性體的雙向耦合。

　　它的基本步驟是這樣的：

　　（1）從粒子到網(wǎng)格。使用 APIC 將質(zhì)量和動量從粒子轉(zhuǎn)移到網(wǎng)格上。

　　（2）更新網(wǎng)格動量。用半隱式歐拉法或隱式歐拉法更新網(wǎng)格動量。

　　（3）從網(wǎng)格到粒子。使用 APIC 將網(wǎng)格中的速度和仿射/多項式系數(shù)傳遞給粒子。

　　（4）粒子變形梯度。利用速度梯度的 MLS 近似更新粒子變形梯度。

　　（5）更新粒子塑性。預(yù)測粒子變形梯度的塑性（如果有的話）。

　　（6）粒子平移。

　　用新速度更新粒子位置與傳統(tǒng) MPM 唯一的區(qū)別是步驟（2）中力的表達和步驟（4）中粒子變形梯度的更新。 MLS-MPM 在這兩個步驟中均比 MPM 更容易實現(xiàn)，可以輕松實現(xiàn)性能的提升。

　　另外，為了解決材料不連續(xù)和剛體耦合等問題，胡淵鳴團隊還開發(fā)了 Compatible Particle-In-Cell（CPIC）算法，允許基于粒子和網(wǎng)格節(jié)點之間的相對位置的材料點不連續(xù)和無限薄的邊界。 這樣就可以把 MPM 和剛性體雙向耦合在一起，實現(xiàn)切割的模擬。

　　現(xiàn)在，借助這個算法，就可以實現(xiàn)各種和符合物理規(guī)則、看起來像真的一樣的運動特效了。

　　傳送門如果你想具體了解 MLS-MPM 算法，可以看這篇論文：

　　A Moving Least Squares Material Point Method with Displacement Discontinuity and Two-Way Rigid Body Coupling

　　http://taichi.graphics/wp-content/uploads/2019/03/mls-mpm-cpic.pdf

　　GitHub 地址在此：

　　https://github.com/yuanming-hu/taichi_mpm

　　不過，由于這個項目比較早期，胡淵鳴本人更推薦使用「太極」：

　　https://github.com/taichi-dev/taichi

　　試一試，說不定能做出更驚艷的作品？

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的一块CPU就能运行超逼真水流特效，胡渊鸣的算法被这样实现，本人看了都说好的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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