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流體動(dòng)畫引擎開發(fā):理論與實(shí)踐

流體動(dòng)畫引擎開發(fā):理論與實(shí)踐

出版社：電子工業(yè)出版社出版時(shí)間：2024-05-01
開本： 其他 頁數(shù)： 288
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流體動(dòng)畫引擎開發(fā):理論與實(shí)踐 版權(quán)信息

流體動(dòng)畫引擎開發(fā):理論與實(shí)踐 本書特色

流體力學(xué)領(lǐng)域經(jīng)典著作 從開發(fā)者視角解釋流體動(dòng)畫中的核心算法 提供實(shí)用且具體的代碼框架 幫助讀者學(xué)習(xí)流體動(dòng)力學(xué)并編寫自己的引擎 本書是一本獨(dú)特的流體模擬指南。它以清晰的結(jié)構(gòu)和詳細(xì)的解釋，使得復(fù)雜的概念變得易于理解，詳解了工程實(shí)現(xiàn)的每一個(gè)步驟，同時(shí)保持了足夠的深度。它將引導(dǎo)初學(xué)者和專業(yè)人士一起探索流體動(dòng)力學(xué)的奧秘。本書既是一個(gè)完美的學(xué)習(xí)工具，同時(shí)也是科研和工業(yè)應(yīng)用中不可或缺的參考資料。 ——蔣陳凡夫，加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）副教授 這是一本非常有意思的流體模擬指南。作者首先循序漸進(jìn)地梳理了流體模擬中用到的數(shù)學(xué)、物理知識(shí)，然后分別系統(tǒng)地介紹了基于粒子和基于網(wǎng)格兩種模擬方法及二者的混合方法。本書不但有詳細(xì)的代碼介紹，幫助讀者體驗(yàn)流體模擬的魅力，還提供了作者關(guān)于各類方法的討論，幫助讀者延伸思考。相信無論是初學(xué)者還是專業(yè)人士，都能從閱讀本書中獲益。 ——胡光輝，澳門大學(xué)數(shù)學(xué)系副教授

流體動(dòng)畫引擎開發(fā):理論與實(shí)踐 內(nèi)容簡介

本書圍繞人工智能中的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)理論問題展開討論，介紹了粒子法、網(wǎng)格法，以及混合方法的基本概念，以及它們?cè)趧?dòng)畫引擎開發(fā)過程中的代碼實(shí)踐。本書的一大特色是為讀者提供了面向代碼的方法，便于讀者上手動(dòng)畫引擎的開發(fā)基礎(chǔ)。本書兼具實(shí)用性和理論性，不僅有詳細(xì)的理論介紹幫助讀者深入理解相關(guān)的概念，還提供豐富的代碼，以及持續(xù)更新的GitHub倉庫供讀者參考。本書適合人工智能相關(guān)專業(yè)、計(jì)算機(jī)專業(yè)、計(jì)算數(shù)學(xué)專業(yè)的高年級(jí)本科生、研究生學(xué)習(xí)，也可供涉足該領(lǐng)域的研究人員、工程師參考。

流體動(dòng)畫引擎開發(fā):理論與實(shí)踐 目錄

第1章 基礎(chǔ)... 1 1.1 你好，流體模擬... 1 1.1.1 定義狀態(tài)... 2 1.1.2 計(jì)算運(yùn)動(dòng)... 3 1.1.3 邊界處理... 5 1.1.4 可視化... 6 1.1.5 *終結(jié)果... 13 1.2 如何閱讀本書... 13 1.2.1 獲取代碼... 13 1.2.2 閱讀代碼... 14 1.2.3 閱讀數(shù)學(xué)表達(dá)式... 21 1.3 數(shù)學(xué)... 21 1.3.1 坐標(biāo)系... 22 1.3.2 向量... 22 1.3.3 矩陣... 34 1.3.4 線性方程組... 38 1.3.5 場... 43 1.3.6 插值... 57 1.4 幾何... 64 1.4.1 幾何表面... 64 1.4.2 隱式表面... 68 1.4.3 從隱式表面到顯式表面... 71 1.4.4 從顯式表面到隱式表面... 72 1.5 動(dòng)畫... 73 1.6 基于物理的動(dòng)畫... 78 1.6.1 基礎(chǔ)入門... 78 1.6.2 物理動(dòng)畫示例... 80 1.7 流體動(dòng)畫... 93 1.7.1 重力... 94 1.7.2 壓力... 95 1.7.3 黏性力... 97 1.7.4 密度約束... 98 第2章 基于粒子的模擬方法... 100 2.1 像修拉一樣看世界... 100 2.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)... 101 2.2.1 粒子系統(tǒng)數(shù)據(jù)... 101 2.2.2 粒子系統(tǒng)案例... 104 2.2.3 鄰居搜索... 110 2.3 光滑粒子法... 117 2.3.1 基礎(chǔ)... 118 2.3.2 動(dòng)力學(xué)... 132 2.3.3 結(jié)果和局限性... 139 2.4 具有較大時(shí)間步長的不可壓縮SPH.. 141 2.4.1 預(yù)測與校正... 142 2.4.2 實(shí)現(xiàn)... 142 2.4.3 結(jié)果... 149 2.5 處理... 151 2.6 討論和延伸閱讀... 157 第3章 基于網(wǎng)格的模擬方法... 159 3.1 像素化世界... 159 3.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)... 160 3.2.1 網(wǎng)格類型... 161 3.2.2 網(wǎng)格系統(tǒng)數(shù)據(jù)... 169 3.3 微分算子... 172 3.3.1 有限差分... 172 3.3.2 梯度... 174 3.3.3 散度... 176 3.3.4 旋度... 178 3.3.5 拉普拉斯算子... 181 3.4 流體模擬... 182 3.4.1 碰撞處理... 184 3.4.2 對(duì)流... 190 3.4.3 重力... 201 3.4.4 黏性力... 201 3.4.5 壓力與不可壓性... 214 3.5 煙霧模擬... 223 3.5.1 浮力... 224 3.5.2 對(duì)流與耗散... 225 3.6 帶界面的流體... 226 3.6.1 在網(wǎng)格上定義界面... 226 3.6.2 自由界面流動(dòng)... 233 3.6.3 結(jié)果... 243 3.7 討論和延伸閱讀... 245 第4章 混合求解器... 246 4.1 為什么要混合... 246 4.2 胞中粒子法... 246 4.2.1 從粒子到網(wǎng)格的轉(zhuǎn)換... 249 4.2.2 從網(wǎng)格到粒子的轉(zhuǎn)換... 250 4.2.3 移動(dòng)粒子... 251 4.2.4 結(jié)果... 252 4.3 流體隱式粒子法... 253 4.4 其他方法... 256 4.4.1 粒子水平集法... 256 4.4.2 渦旋粒子法... 257 4.5 討論和延伸閱讀... 257 附錄A 基礎(chǔ)知識(shí)增補(bǔ)... 259 A.1 共軛梯度和預(yù)條件共軛梯度的實(shí)現(xiàn)... 259 A.2 自適應(yīng)時(shí)間步長... 264 附錄B 基于粒子的模擬方法增補(bǔ)... 266 B.1 SPH核函數(shù)... 266 B.2 PCISPH推導(dǎo)... 267 附錄C 基于網(wǎng)格的模擬方法增補(bǔ)... 271 C.1 網(wǎng)格上的向量與矩陣... 271 C.2 迭代求解器... 274 C.2.1 雅可比方法... 274 C.2.2 高斯-賽德爾方法... 276 C.2.3 共軛梯度法... 277
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流體動(dòng)畫引擎開發(fā):理論與實(shí)踐 作者簡介

金度燁，NVIDIA首席研究科學(xué)家，致力于機(jī)器學(xué)習(xí)和模擬的交叉領(lǐng)域。博士畢業(yè)于首爾國立大學(xué)，主修物理動(dòng)畫專業(yè)；曾在卡內(nèi)基梅隆大學(xué)進(jìn)行博士后研究，在加州大學(xué)伯克利分校做訪問研究員，專注于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的物理模擬。在2019年底加入 NVIDIA 之前，他曾在Microsoft、Uber和Apple等企業(yè)工作，專注于3D地圖、模擬和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)。 楊豐（知乎：探尋可能），北京大學(xué)計(jì)算數(shù)學(xué)專業(yè)博士。博士期間，主要研究流體的高性能數(shù)值模擬方法，目前就職于摩爾線程，從事GPU軟件開發(fā)工作。

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