清华毕业生开发新特效编程语言：99 行代码背后 20 多年的故事...
不知道大家看沒看《冰雪奇緣2》，反正我看完之后的感覺，就是看兩個(gè)公主玩了一百分鐘的塞爾達(dá)...沒有任何別的想法...
但有一位清華姚班畢業(yè)的大佬 —— 胡淵鳴，在看完之后，試著用 99 行代碼實(shí)現(xiàn)了冰雪奇緣里的特效場景：
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14 萬個(gè)水，果凍，和雪「粒子”」
是不是很炫酷？
代碼雖然很短，但背后的故事卻很長。今天我們就來看一下，這 99 行代碼背后，橫跨了 20 多年的故事。
胡淵鳴其人
胡淵鳴是一個(gè)不折不扣的少年天才，讀高一的時(shí)候就已經(jīng)被保送了清華。
胡淵鳴第一次嘗試編程，大概是小學(xué)三年級(jí)。當(dāng)時(shí)他的一個(gè)堂姐喜歡在家玩《仙劍奇?zhèn)b傳》，覺得特別有意思。當(dāng)時(shí)他就想，也要做出一個(gè)這樣的游戲來。然后就開始有意識(shí)地接觸這方面的書籍。剛好他的父親就是大學(xué)信息學(xué)教師，幫他買了不少計(jì)算機(jī)方面的書。
小時(shí)候他的父母經(jīng)常要上課，就把年幼的小胡一個(gè)人放在大學(xué)研究生工作室里，里面都是計(jì)算機(jī)，一放就是大半天，他就跟著那些研究生一起，看著他們寫程序，一開始看不懂，就是玩。
至于快不快樂，他自己也說不上來。
2013 年胡淵鳴保送進(jìn)入清華姚班。本科期間，胡淵鳴先后前往東京大學(xué)、斯坦福大學(xué)訪學(xué)，并曾于微軟亞洲研究院實(shí)習(xí)，從事深度學(xué)習(xí)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究。本科便有多篇論文中選 CVPR、SIGGRAPH 等國際頂會(huì)。
2017 年，胡淵鳴進(jìn)入 MIT 讀博。入學(xué) 13 個(gè)月后，完成碩士論文 ChainQueen，拿到 MIT 碩士學(xué)位。博一期間，共發(fā)表 6 篇頂會(huì)論文。
技術(shù)向：99 行代碼的《冰雪奇緣》
做CG 特效一直都是一個(gè)燒錢的事情，不然我們看動(dòng)畫片時(shí)也不會(huì)總是刷“五毛特效”、“經(jīng)費(fèi)在燃燒”這些關(guān)鍵詞。
背后的原因一是門檻高，二是對性能有著極高的要求。自己渲染過視頻的人都知道，隨便一個(gè)小視頻，哪怕是高配筆記本也要渲染半天。
然而，胡淵鳴開發(fā)的這種新的 CG 特效編程語言 Taichi（太極），大大降低了門檻。就像開頭我們提到的，在我們的筆記本上，僅需幾分鐘就能渲染完成一個(gè)簡單的物理場景。
Taichi 中的可微分編程，可以通過蠻力的梯度下降有效地優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，而不必使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)。10 種可微分模擬器中的大多數(shù)模型可以在 2-3 小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)，而且大部分不需要 GPU。這些示例中，彈性體、剛體、流體、光線的折射、彈性碰撞，常見物理環(huán)境應(yīng)有盡有。
雖然語法看起來是 Python，其計(jì)算部分卻會(huì)被一整套編譯系統(tǒng)接管，最后輸出可執(zhí)行的x86_64或者PTX instructions，能夠在 CPU/GPU 上高效運(yùn)行。
這么說大家可能對這個(gè)項(xiàng)目的優(yōu)秀程度沒概念，作者的論文里幫我們做一個(gè)比較：借助 Taichi 的渲染速度，比 TensorFlow 快 100 多倍、比 PyTorch 快 10 倍。
代碼背后的故事
據(jù)胡淵鳴說，他是為了解決計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究對性能的追求以及生產(chǎn)力低下的問題，才決定重新設(shè)計(jì)編程語言。
本來胡淵鳴想把 Taichi 做成一種單獨(dú)的編程語言，但是為了方便大家使用，他用了一句 import taichi as ti 把 Taichi 語言假裝成了 Python。這樣做不僅能使用很多現(xiàn)成的 Python IDE，與 Numpy、MatPlotlib 等工具庫無縫銜接，還降低了學(xué)習(xí)的門檻。
在他的概念里，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，和其他科學(xué)一樣，應(yīng)該把"簡單性"作為追求之一。就像如果 MLS-MPM 不能被 88 行代碼實(shí)現(xiàn)，求它的導(dǎo)數(shù)可能也就不能“只”用120個(gè)公式完成，可能也就不會(huì)有ChainQueen（可微物理引擎），更不會(huì)有ChainQueen啟發(fā)的工作（比如DiffTaichi）。
而化繁為簡本身就是科研的意義之一。
但做這件事對胡淵鳴來說，也是一個(gè)大膽的決定，因?yàn)殡m然他之前花了很多時(shí)間做 low-level performance engineering，但是真動(dòng)手寫個(gè)編譯器還從沒干過。
從 2019 年 1 月起，他便一直在做 Taichi programming language，這個(gè)結(jié)果最終發(fā)表在 SIGGRAPH Asia 2019 上。
毫無疑問，Taichi 編程語言的工作量是非常大的。這是一個(gè)全新的系統(tǒng)，項(xiàng)目早期要做的設(shè)計(jì)決策非常多。這給他帶來一正一反兩個(gè)結(jié)果：
1. 設(shè)計(jì)決策可以只在腦子里進(jìn)行，而不需要盯著屏幕。這意味著這個(gè)項(xiàng)目總體還是比較“健康”的：代碼寫累了就可以閉眼甚至躺床上想想別的地方怎么設(shè)計(jì)。
據(jù)胡淵鳴在知乎里說的，Taichi programming language 的 1/3 是在床上、公交車上完成的。這樣的時(shí)間分配一定程度上避免了 Taichi 編譯器的開發(fā)損傷他的頸椎和視力。
2. 早期設(shè)計(jì)決策需要隨機(jī)應(yīng)變，決策的交流是非常低效的。人與人之間同語言交流的帶寬比腦內(nèi)帶寬低好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，就像 network bandwidth 和 L1-d$ bandwidth 的差異一樣，于是他只好一路從底層的代碼生成(codegen)，到中間表示(IR)和優(yōu)化(opt)，到前端語法，最后到圖標(biāo)設(shè)計(jì)，都自己干了。
但面對這么大的工作量，有時(shí)會(huì)“累覺不愛”，但胡淵鳴只要睡一覺起來之后就又會(huì)重燃斗志。這可能就是我們和大佬之間的差距了 ——?我睡一覺之后，只想再睡個(gè)回籠覺...
我們只看到了牛逼閃閃的結(jié)果，但背后的艱辛可能只有這些所謂的“天才”自己才知道了。
據(jù)胡淵鳴自己說，他有一次連續(xù)在家寫了 5 天代碼沒出門，學(xué)長都說他身上“長蘑菇”了。
彩蛋花絮
再牛的人，也逃不過真香定律。不知道胡淵鳴還記不記得高一參加完競賽后揚(yáng)州晚報(bào)對他的采訪：
揚(yáng)州晚報(bào)記者：對自己的未來有什么想法？大學(xué)會(huì)學(xué)什么專業(yè)？
胡淵鳴：我父母和我交流過，大學(xué)肯定會(huì)學(xué)計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)。擺在我面前的其實(shí)有兩條路，要么做研究，要么做管理。雖然我對編程感興趣，但我不甘心一輩子就做一個(gè)程序員，包括想在做班長的經(jīng)理，其實(shí)還是想做管理。不過現(xiàn)在當(dāng)務(wù)之急還是把眼前的事情做好。
不知道胡淵鳴老師在體驗(yàn)到技術(shù)的「創(chuàng)世」魅力后，現(xiàn)在還這么想么？
胡淵鳴知乎原文：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/97700605
論文地址：
https://arxiv.org/abs/1910.00935
太極項(xiàng)目地址：
https://github.com/yuanming-hu/taichi
taichi_mpm項(xiàng)目地址:
https://github.com/yuanming-hu/taichi_mpm
揚(yáng)州晚報(bào)采訪胡淵鳴：
http://news.163.com/10/1206/15/6N7SBAKB00014AED.html
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的清华毕业生开发新特效编程语言：99 行代码背后 20 多年的故事...的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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