少院人物 | 从转系生到终身教授,中科大理工男的终极浪漫



最近评上tenure,有人来祝贺:”Now you can freely decline review requests!”。我想了想,似乎对心态上的改变确实如此而已。又想到也许可以写个什么纪念一下。那这19岁到31岁,有什么拿来回味的没有?好像有很多,但不整理一下的话,又不知从何说起。那还是直接写一点吧。从物理本科,到CS PhD,CS教职,又在数学tenure,这看似曲折的十二年竟是在做同样的研究,一年都没有浪费。一路走来,有很多东西值得缅怀和总结,也许能帮助思考未来。顺便把这一路干过的牛逼的事,和遇到过的牛逼的人都写下来,看着应该很舒爽。
第〇章:我的三叉戟
第一章:缘起
第二章:一炮炸出来两个坑
第三章:雪与海的浪漫
第四章:摩擦摩擦,在光滑的路上,摩擦
第五章:少年英雄胡渊鸣
第六章:与timestep结缘
第七章:摩擦碰撞的第三次战役,IPC魔童降世
第八章:下一个“Timestep”
十二年来摸爬滚打地给计算机图形学做了些物理模拟相关的科研。拿的出手的代表方向有三:物质点法(Material Point Method: MPM),仿射粒子元胞法(Affine Particle In Cell: APIC),和增量势能接触法(Incremental Potential Contact: IPC)。每个方法的人和事下面的章节再去回忆,这一章,先笼统概括一下。
第一个方向:MPM。说到物质点法,按照惯例,或许得提一下自己多多少少参与了的冰雪奇缘。2012年发掘MPM后我去做了些别的事情,组里其他同学拿MPM验证了雪;我在早期没有去参与最初的SIGGRAPH工作。迪士尼工作室的代码很臃肿,远远不止99行,而且迪士尼的律师可不是吃素的,向来有荒岛求生画米奇一说。既然不能描绘太多代码的事情,那就只放好看的剧照:

MPM擅长做雪在短期内成为了一个刻板印象。于是我决定花一些功夫来重塑一下MPM的形象。从技术层面上来说,MPM只是一个基本的Galerkin空间架构,物理过程数值模拟的真正技术点在于时间和空间的离散算法、本构模型的设计、性能的加速、以及巧妙求解偏微分方程数值解的不同手段。MPM是一块高品质的画布,这些技术点的创新才是真正的笔法(stroke)。但是技术点是里子,MPM是面子。于是从面子上看到的,便是我与一干志趣相投之士用MPM去平A物理的世界的各种固体和流体:巧克力,果冻,面包,牙膏,冰淇淋,泡沫,泥土,岩浆,牛排,东坡肉,橘子,西瓜,肌肉,骨骼,内脏,布料,毛衣,头发,雪山,沙海,冰川,河流,无人机,炸药,等等。这里有固体,有牛顿流体,有非牛顿流体,有粒状体,有固液混合体,还有人体。大到山川河流,小到雨露甘霖,MPM从一个铁头功,逐渐被扩写成了一本七十二绝技。

后来跟人合开了公司,写了一个实用的MPM特效解算器。最近Autodesk买下并放进了Maya,相信未来的几年,更多的电影里会看到MPM的应用场景。

第二个方向:仿射粒子元胞法(APIC)。这是我2015年得意的文章,是2014年的圣诞节独自一人在迪士尼的大帽子studio里加班完工的。迪士尼所在的Burbank是大洛杉矶地区一个荒漠城市,我却在荒漠和大海结了缘。于是那一年,APIC给海洋奇缘里的水提升了许多丰富的细节。

时间快进到2017年,有一位气血翻腾的胡姓少年来访问我,一起把APIC和MPM系列工作推到了高潮:Moving Least Squares MPM(MLS-MPM)。那之中与后来 @太极图形的渊源和MPM在可微分模拟领域的拓展,已有好文记录。
第三个方向:IPC。2020年12月31日,宾夕法尼亚大学计算机图形学中心,23点59分,手里的咖啡还烫。有一块补天的石头,它吸满了天地灵气日月精华,突然炸裂开了。增量势能接触法IPC横空出世。王婆卖瓜自卖自夸:我窃以为,IPC改良了固体模拟,启动了“工业革命”,把连续固体的仿真科学(不只在图形学)带入了“蒸汽机时代”。2022年,它的衍生故事还在不断上演:


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