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https://github.com/taichi-dev/games201

Advanced Physics Engines 2020: A Hands-on Tutorial
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Advanced Physics Engines 2020: A Hands-on Tutorial

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README 

        
# GAMES201线上课程：高级物理引擎实战指南2020 



**最新课程主页**：https://yuanming.taichi.graphics/teaching/2020-games201/ (本页面不再更新)



**课件下载（讲义与代码）**：https://forum.taichi.graphics/t/topic/272



**课程回放地址**：https://www.bilibili.com/video/BV1ZK411H7Hc



**课程直播地址**: http://webinar.games-cn.org （直播结束后Bilibili有回放，请点上一个链接）



**建议前置课程**： 高等数学、Python或任何一门程序设计语言



**课程安排**： 共10节课，每周一次。2020年6月1日开始，时间为北京时间晚上8：30-10：00。



**课程作业**： 课程共有三个开放项目。自愿完成。开放项目可以1-3人组队。



开放项目以同学们自由发挥为主，同学们可以自己将代码分享到 https://forum.taichi.graphics/ 论坛进行讨论，互相切磋。每次我们会选择有代表性的几个项目会在下次上课展示、点评。课程最后会进行最终点评、线上颁奖。



## 课程大纲（暂定）



### 第一讲，6月1日 导论

* 基于物理的动画简介

* Taichi（太极）编程语言简介

* 课程与作业安排



（开放作业0：编写你自己的任意Taichi程序）



### 第二讲，6月8日 拉格朗日视角（1）



* 弹簧质点系统（Mass-spring systems）：你的第一个物理模拟器

* 显式与隐式时间积分器（Explicit/implicit time integrators）

* 光滑粒子流体动力学（Smoothed particle hydrodynamics）

* 快速邻居搜索（Neighborhood search）



### 第三讲，6月15日 拉格朗日视角（2）



* 基于四面体网格（tetrahedral mesh）的拉格朗日有限元模拟

* 隐式有限元求解器（Implicit FEM solvers）

* 边界条件处理

* Taichi编程语言高级特性



（开放作业1：实现任意隐式积分器: implicit mass-spring/FEM, PCI-SPH, MPS, ..., 并进行显式时间积分器器与隐式时间积分器器对比）



### 第四讲，6月22日 欧拉视角



* 稳定流体与半拉格朗日输送（Stable fluids and Semi-Lagrangian advection）

* Chorin式压力投影（Chorin-Style projection）

* Staggered网格与零空间（nullspaces）

* Krylov子空间求解器（Krylov-subspace solvers）与共轭梯度法 (Conjugate gradients)

* 用无矩阵（Matrix-free）Krylov子空间方法求解泊松方程（Poisson equations）

* 预条件（Preconditioning）

* 几何与代数多重网格方法（multigrid methods）



### 第五讲，6月29日 多体问题与涡方法



**客座讲师: [张心欣](https://zhxx1987.github.io/)**



* 多体问题以及他们与柏松方程的联系

* 涡方法的乐趣

* 从直观的角度引导同学认识几种不同的快速求和方法



7月6日，空一周，实现开放作业1



7月11日，开放作业1截止，点评



Homework 2 (最终作业)

* 实现一个可交互的物理模拟器(2D)，或⽤⾼质量渲染可视化模拟结果(3D)，或进⾏性能优化

* 可以基于⾃己的或别人的Homework 1



### 第六讲，7月13日 线性弹性有限元与拓扑优化



* 弱形式（weak form）与有限元理论入门

* 基于六面体网格（hexahedral grid）的拉格朗日有限元模拟

* 拓扑优化（Topology optimization）



### 第七讲，7月20日 混合欧拉-拉格朗日视角（1）



* 粒子-网格传输（Particle-grid transfers）

* 粒子元胞法（Particle-in-Cell, PIC）

* 流体隐粒子（Fluid Implicit Particles, FLIP）

* 仿射粒子元胞法（Affine Particle-in-Cell, APIC）与多项式粒子元胞法(Polynomial Particle-in-Cell, PolyPIC)

* 用FLIP与APIC进行流体模拟

* 物质点法（Material Point Method, MPM）基础



### 第八讲，7月27日 混合欧拉-拉格朗日视角（2）



* 移动最小二乘物质点法（Moving Least Squares MPM, MLS-MPM）

* 本构模型（Constitutive models）

* 塑性 （Plasticity）

* 物质点法中的拉格朗日力（Lagrangian forces in MPM）



### 第九讲，8月3日 高性能计算与物理引擎



* 现代处理器微结构（processor microarchitectures）

* 内存层级（memory hierarchy）

* 性能调优

* Taichi中的高级数据布局

* Taichi中的稀疏数据结构



8月10日空一次，大家完善自己的物理引擎（开放作业2）。



8月15日开放作业2 deadline。



### 第十讲，8月17日 总结



* 课程回顾

* 引擎项目最终点评、评奖

* 基于物理的动画中的未解难题



## 助教团队



未来课程的顺利进行，离不开助教同学们的鼎力相助。理论组助教负责在论坛答疑、筛选优秀编程作业：



    夏一鸣

    史雨宸

    袁宇杰



技术组助教主要负责与课程相关的Taichi开发与维护：



    杨玄达

    翟骁

    曹亚帝

    禹鹏

    冯旭东