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

　　原创关注前沿科技量子位郭一璞鱼羊发自凹非寺量子位报道公众号 QbitAI 还沉醉在《黑神话：悟空》精细的 3D 计算机特效里呢？做 3D 特效这件事儿，一浪更比一浪强。

　　最近，一位名叫 John Lin 的网友，就分享了自己做的 3D 流体特效。注意，用 GPU 渲染之后，运行下面分享的所有特效效果，都只要一块 CPU。而且是实时的，你可以用鼠标操纵改变水流和环境。比如，彩虹色的流水注入不规则的泳池，整个水流的形状、波澜，完全符合现实世界的物理特征。

　　水满则溢，右边的瀑布划出了漂亮的抛物线。

　　甚至还能做出这种类似跑马灯的效果。

　　水扬上天，瞬间激起了洁白的浪花，冲撞天花板的各个角落。

　　如果把地形改的再复杂一点呢？比如，我们把地形改成苏州园林里的狮子林这种不规则假山组成的风格？

　　加上水流，顿时就有了灵动的江南感。

　　视角穿行其中，就像走在溶洞里一样。

　　如果水流激荡，一样能穿过每条石头缝。

　　真想@一下《江南百景图》的策划，下一部游戏别做 2D 平面风格了，做出这样的特效岂不是更加状况？甚至，水流还可以适应动态的地形。不信你看下面的例子。

　　水流穿过上层容器中心的洞，形成瀑布浇灌下层容器。

　　如果我们把两层之间的隔板删掉，模拟的水流依然可以适应地形的变化，用更快的速度坠落。

　　简直巧夺天工。在只用一块 CPU 的情况下，有效粒子最高值达到了 200 万之高。如果不过瘾，你可以可以看看视频完整版：其实，上面的特效用到的工具是 MLS-MPM 算法，它的一作正是姚班毕业生、MIT 在读博士胡渊鸣大神，在宾夕法尼亚大学蒋陈凡夫老师的指导下完成。

　　水流的效果，让胡渊鸣本人都觉得惊艳，称赞作者代码功底强。而且，不少同行开发者看到之后也都赞叹不已，impressive、awesome，各种好词轮流夸：

　　他们觉得，能在单个的 CPU 核心上跑起来，简直惊人。

　　MLS-MPM 是什么胡渊鸣团队发表在 SIGGRAPH 2018 上的一篇论文，介绍了 MLS-MPM 算法。 MLS-MPM，全称是 Moving Least Squares Material Point Method，移动最小二乘材料点方法。用移动最小二乘法，将 APIC（The Affine Particle-In-Cell Method）和动量方程弱形式一致的力计算统一起来，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，包括材料切割、动态开放边界和刚性体的双向耦合。

　　它的基本步骤是这样的：

　　（1）从粒子到网格。使用 APIC 将质量和动量从粒子转移到网格上。

　　（2）更新网格动量。用半隐式欧拉法或隐式欧拉法更新网格动量。

　　（3）从网格到粒子。使用 APIC 将网格中的速度和仿射/多项式系数传递给粒子。

　　（4）粒子变形梯度。利用速度梯度的 MLS 近似更新粒子变形梯度。

　　（5）更新粒子塑性。预测粒子变形梯度的塑性（如果有的话）。

　　（6）粒子平移。

　　用新速度更新粒子位置与传统 MPM 唯一的区别是步骤（2）中力的表达和步骤（4）中粒子变形梯度的更新。 MLS-MPM 在这两个步骤中均比 MPM 更容易实现，可以轻松实现性能的提升。