面向AI的实时物理仿真泛动引擎（PeriDyno）
所属行业：计算机软件技术领域：电子信息发布类型：专利技术成果发布者：何...状态：已发布
发布日期：2024-11-09
项目简介
面向AI的实时物理仿真引擎PeriDyno实现了基于数据域（Data Field）->模块（Module）->节点（Node）->场景图（Scene Graph）的通用物理仿真框架（见图1），将仿真计算与渲染、仿真计算与交互、仿真计算与底层分离有效解决了复杂物理仿真任务的模块复用难题。PeriDyno旨在解决通用物理仿真任务的增量开发、集成与模块复用难题，实现端云协同环境一套仿真计算代码零成本迁移、多平台复用的目标，其解决的核心问题包括：物理仿真数据表示的完备性问题；复杂场景作用机理的模块化难题；支持动态重构的通用物理仿真框架;端云协同环境复杂仿真任务的可交互性。
图 1 基于数据域（Data Field）、节点（Node）、模块（Module）、场景图（Scene Graph）的通用物理仿真框架示意图针对工业软件“卡脖子”问题， PeriDyno旨在通过“向下兼容”和“向上兼容”两个方向搭建起复杂物理仿真任务从单点技术研发到复杂场景应用的桥梁。“向下兼容”针对芯片“卡脖子”问题，通过与华为合作积极探索跨平台解决方案，实现通用物理仿真引擎同时兼容PC端和移动端高效并行计算；评测显示基于Vulkan后端实现的诸如排序、遍历、归约算法等的运行效率全面超越基于CUDA的同类算法，加速比可达到三倍以上，部分算法加速可达10倍。对标世界第三大物理引擎bullet，在较大仿真规模下，移动端测试刚体、柔性体的典型场景的性能全面超越bullet。此外，流体仿真作为移动端应用的难点，目前已基于相场的多想流体仿真方法首次实现了移动端三维流体的实时模拟，华为麒麟990芯片在超频条件下仿真帧率可以达60+fps。“向上兼容”针对传统CAE任务算法可复用性差、定制化程度低等问题，探索面向复杂多物理场耦合仿真任务的通用框架，通过利用四层节点架构模型实现传统CAE任务的模块化、低代码/无代码定制及高效端云协同，目前已基于中车车身设计、中物院反应演化计算任务需求验证实现方案可行性及适用性，也为其他诸如智能体仿真、工业CAE以及医疗仿真任务奠定基础。该引擎荣获算机学会CAD&CG专委会2022年“优秀图形开源软件”以及2023“挑战者杯”元宇宙开发者大赛总决赛二等奖。以PeriDyno最新发布版本（v0.9.2）为例，其有效代码累计超30万，核心功能涵盖几何前处理、实时仿真计算以及实时后处理三大类，仿真计算方法涵盖有限元法、光滑离子动力学、近场动力学、刚体动力学等多种典型方法，支持仿真场景包括实时流体仿真、刚体/多体结构仿真、柔性体模拟、多物理场耦合等，其完整软件架构图可参见图2。
图 2 泛动引擎（PeriDyno）
技术成熟度：中试