在宾夕法尼亚大学蒋陈凡夫教授的指导下,胡渊鸣等人完成了移动最小二乘物质点法(MLS-MPM)方法的研究,不仅实现了新的应力散度离散化,使MPM的运行速度快了两倍,还成功模拟了MPM此前并不支持的各种新现象。
为了进一步证明MLS-MPM的简易性,胡渊鸣用88行C++代码实现了MLS-MPM的demo。(代码详情请戳文末 taichi_mpm 项目链接)。
这项研究发表在了ICRA 2019上,胡渊鸣也以此完成了硕士论文。
DiffTaichi
随后,胡同学将工作又推进一步,提出了可微分编程DiffTaichi,被ICLR 2020收录。
在这篇文章的代码中,胡同学创建了10个不同的物理模拟器,并根据现有基准对其性能进行基准测试。
Taichi中的可微分编程,可以通过蛮力的梯度下降有效地优化神经网络控制器,而不必使用强化学习。
10种可微分模拟器中的大多数模型可以在2-3小时内实现,而且大部分不需要GPU。这些示例中,弹性体、刚体、流体、光线的折射、弹性碰撞,常见物理环境应有尽有。
第一个示例可微分弹性对象模拟器,经过我们的实测,在2017版13寸的MacBook Pro上也能运行,而且完成优化只需不到十分钟的时间:
不仅是2D,更复杂的3D弹性体也能模拟:
还有可微分的3D流体模拟器,经过450步的梯度下降迭代,已经非常逼真:
DiffTaichi模拟水对光线折射的渲染器,一张图片经过它的渲染,甚至能骗过图像分类器。经过测试,VGG16将带有水波纹的松鼠图片当做金鱼,而且认为概率为99.91%。
在强化学习的模拟环境中,刚体机器人很常见,DiffTaichi也能模拟:
DiffTaichi还能模拟多个物体的复杂场景,比如台球:
用Taichi语言编写的模拟器大大简化了代码,可微分弹性对象模拟器只用了110行代码,而直接用CUDA编写则需要490行。
同时,Taichi的速度还很快,相比CUDA版本几乎没有什么损失,比TensorFlow快了188倍,比PyTorch快13.4倍。
而且神经网络控制器一般只需要几十次迭代,即可完成优化。
为何做Taichi
谈到为何要做Taichi,计算机图形学一直缺乏像TensorFlow那样的通用工具,每个要从事开发的人都必须了解基本原理,才能去做编程。
这和深度学习领域形成了鲜明的对比。
近年来,甚至有中学生,利用TensorFlow或者PyTorch,写一点代码,优化几个模型,就可以在一些顶会上发表论文,许多人看来,这是件坏事,因为让深度学习论文的含金量大大降低。
但胡渊鸣看到了另一面。他认为,深度学习这些年之所以能发展快、门槛低,就是因为有简单易用的好工具,计算机图形学让人望而却步,就是因为缺乏类似的工具,因此他开发了Taichi。
本来Taichi要做成一种单独的编程语言,但是为了方便大家使用,胡渊鸣用了一句import taichi as ti把Taichi语言假装成Python。
改成基于Python,这样做的好处不仅是降低学习门槛,还能使用很多现成的Python IDE,与numpy、matplotlib等工具库无缝衔接。
经过几个月的努力,胡渊鸣终于把Taichi改成了pypi安装包,让不同配置不同操作系统的机器都能顺利运行图形学的程序。
高一保送清华,博一6篇paper
说起胡渊鸣,这又是一位从少年时代起就熠熠闪光的“大神级”选手。
高一保送清华,竞赛生涯中,拿下APIO 2012、NOI 2012、ACM-ICPC 2013长沙区域赛、ACM-ICPC上海区域赛四块金牌,其中APIO 2012成绩是全场第一名。
2013年进入清华姚班,胡渊鸣与陈立杰、范浩强等人成为同班同学,这群年轻人的才华在这里汇聚、碰撞,与“姚班”二字相互成就。
本科期间,胡渊鸣先后前往东京大学、斯坦福大学访学,并曾于微软亚洲研究院实习,从事深度学习和计算机图形学研究。本科便有多篇论文中选CVPR、SIGGRAPH等国际顶会。
2017年,胡渊鸣进入MIT读博。入学13个月后,完成硕士论文ChainQueen,拿到MIT硕士学位。博一期间,共发表6篇顶会论文。
最后,如果想了解这99行代码背后更多的研究历程,不妨读一读胡渊鸣本人的知乎专栏文章。大神不仅代码写得好,码字和蒸鸡蛋也是好手呢~
传送门
胡渊鸣知乎原文:
https://zhuanlan.zhihu.com/p/97700605
论文地址:
https://arxiv.org/abs/1910.00935
太极项目地址:
https://github.com/yuanming-hu/taichi
taichi_mpm项目地址:
https://github.com/yuanming-hu/taichi_mpm
作者系网易新闻·网易号“各有态度”签约作者
— 完 —
原标题:《清华姚班毕业生开发新特效编程语言,99行代码实现《冰雪奇缘》,网友:大神碉堡!创世的快乐》