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太極:MIT華人學(xué)神開源的計算機圖形庫

 東西二王 2019-05-17

MIT 人工智能實驗室胡淵鳴等研究者構(gòu)建了一個名為太極的開源計算機圖形庫,想要制作炫酷場景或特效的同學(xué),不妨試試姚班大神的這項工作。

太極(Taichi)是一個開源的計算機圖形庫,它旨在提供易于使用的計算機圖形學(xué)基礎(chǔ)架構(gòu),并提供了 40 多份計算機圖形學(xué)重要研究的實現(xiàn)。出于效率的考慮,太極本身是由 C 構(gòu)建的,但用 Python 包裝了接口。

簡而言之,計算機圖形學(xué)的主要研究內(nèi)容是如何在計算機中表示圖形、以及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法。太極提供了非常多的圖形學(xué)展示,例如,以下視頻演示了 3D 粘性煙霧模擬的效果。

作者表示,該項目之所以稱為 “太極”,是因為它不僅是漢語繁體字,同時還是日語的平假名。因為太極很大一部分都是作者在東京大學(xué)實習(xí)期完成的,包括 10 多篇論文和軟件的一般框架,所以他采用兩者皆可的名字。

總之,太極作為基于物理的模擬庫(剛性 / 變形 / 流體動力學(xué) / 光傳輸),作者希望它可以和名字一樣作為模擬虛擬宇宙的起點。

什么是計算機圖形學(xué)

關(guān)注機器學(xué)習(xí)的研究者與開發(fā)者很多并不太了解計算機圖形學(xué),如上所述,它主要希望在計算機中表示和計算不同的圖形。計算機圖形學(xué)的目的就是要利用計算機產(chǎn)生令人賞心悅目的真實感圖形。為此,必須創(chuàng)建圖形描述場景的幾何表示,再用某種光照模型,計算在假想光源、紋理、材質(zhì)等屬性下的光照明效果。

計算機圖形學(xué)有很多主題,包括用戶界面設(shè)計、精靈圖(sprite graphics)、矢量圖形、3D 建模、著色器光線追蹤和計算機視覺等。計算機圖形學(xué)在整體方法論上很大程度需要依賴于基礎(chǔ)幾何、光學(xué)和物理科學(xué)。

正因為有這么多主題,它在實踐中負責(zé)接收并處理物理世界的圖像數(shù)據(jù),并合理地展示這些圖像數(shù)據(jù)。因此它對多媒體有非常重要的影響,并改變了動漫、電影、廣告和視頻游戲等的制作方式。

雖然看起來計算機圖形學(xué)和計算機視覺之間有很多區(qū)別,但實際上它們并沒有一個明確的界限,它們之間共享了大量的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)與理論基礎(chǔ)。它們之間就像同一過程的兩個方向,計算機視覺希望從圖像中抽取語義信息,而計算機圖形學(xué)希望將抽象的語義信息轉(zhuǎn)化為圖像。

太極的一些效果展示

太極在項目地址中展示了很多效果圖,我們快看看吧。

太極:MIT華人學(xué)神開源的計算機圖形庫

太極:MIT華人學(xué)神開源的計算機圖形庫

太極:MIT華人學(xué)神開源的計算機圖形庫

太極:MIT華人學(xué)神開源的計算機圖形庫

作者簡介

太極:MIT華人學(xué)神開源的計算機圖形庫

Yuanming Hu 胡淵鳴

胡淵鳴是 MIT 人工智能實驗室(CSAIL)的一名博士二年級學(xué)生,師從 Fredo Durand 和 Bill Freeman 兩位教授。

他從小就對計算機表現(xiàn)出極大的興趣,因其在 2012 年全國高中學(xué)科奧賽(信息學(xué))中的優(yōu)異成績而被保送至清華大學(xué)。

2017 年 7 月,胡同學(xué)作為優(yōu)秀畢業(yè)生從清華大學(xué)姚班畢業(yè)。他在微軟亞洲研究院跟隨 Stephen Lin 博士實習(xí)時從事深度學(xué)習(xí)和計算機視覺相關(guān)工作。胡同學(xué)的本科論文主要研究的是使用強化學(xué)習(xí)和對抗學(xué)習(xí)的自動照片后期處理(發(fā)表在 SIGGRAPH 2018 大會上)。2018 年 11 月,胡同學(xué)在 Wojciech Matusik 教授的指導(dǎo)下完成其碩士論文。

  • 本科論文鏈接:https:///abs/1709.09602
  • 碩士論文鏈接:http://aphics/wp-content/uploads/2018/11/thesis_ChainQueen.pdf

太極:MIT華人學(xué)神開源的計算機圖形庫

YU FANG

Yu Fang 是美國賓夕法尼亞大學(xué)的一名博士一年級學(xué)生,師從 Chenfanfu Jiang 教授,主修計算機和信息科學(xué)。2018 年 7 月,F(xiàn)ang 同學(xué)從清華大學(xué)畢業(yè)。他的主要研究興趣是物理基礎(chǔ)上的模擬?,F(xiàn)在,F(xiàn)ang 同學(xué)一直致力于利用物質(zhì)點法模擬不同的現(xiàn)象,同時開發(fā)新技術(shù)加速現(xiàn)有的模擬框架。

兩位作者合著論文

兩位作者曾合作完成以下三篇論文:

  • 論文 1:《An Asynchronous Material Point Method》
  • 鏈接:http:///static/files/ampm.pdf
  • 這篇論文由胡淵鳴擔(dān)任一作,Yu Fang 為二作,在 SIGGRAPH 2017 大會上發(fā)表。
  • 論文 2:《A Moving Least Squares Material Point Method with Displacement Discontinuity and Two-Way Rigid Body Coupling》
  • 鏈接:http:///static/files/mlsmpm.pdf
  • 這篇論文依然由胡淵鳴擔(dān)任一作,Yu Fang 為二作,在 SIGGRAPH 2018 大會上發(fā)表。
  • 論文 3:《A Temporally Adaptive Material Point Method with Regional Time Stepping》
  • 鏈接:http:///static/files/fang2018async.pdf
  • 這篇論文則由 Yu Fang、胡淵鳴及其他兩位作者合作完成,在 SCA 2018 大會上發(fā)表。

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