Tecnologia Fidget

Introdução

• O Fidget é uma biblioteca para representar, compilar e avaliar expressões matemáticas em grande escala, projetada principalmente como backend para superfícies implícitas.
• É uma biblioteca flexível, que pode ser usada para diversos propósitos.

O que é uma superfície implícita?

• Uma superfície implícita é uma expressão na forma f(x,y,z)→d, onde d positivo indica que está fora do modelo e d negativo indica que está dentro.
• Por exemplo, uma esfera de raio 1 pode ser representada por f(x,y,z)=x²+y²+z²−1.
• O Fidget foca em superfícies implícitas fechadas de forma fechada usando operações aritméticas básicas.

Vantagens da superfície implícita

• Superfícies implícitas são concisas e adequadas para avaliação paralela em larga escala.
• Operações CSG (união, interseção etc.) podem ser tratadas de forma simples.
• Equações fechadas são favoráveis para otimização e permitem rastrear qual ramificação é selecionada durante a avaliação.

Origem

• Nos últimos 10 anos, tenho pesquisado renderização e avaliação de superfícies implícitas.
• O Fidget é um projeto de pesquisa pessoal e, em vez de usar um kernel existente como o libfive, foi escrito em Rust para facilitar o uso.

Estrutura da biblioteca

• O Fidget é composto por três camadas separadas e uma aplicação de demonstração.

Frontend: construção de expressão matemática

• O Fidget utiliza a linguagem de script Rhai para construir expressões matemáticas.
• A árvore matemática é deduplicada em um grafo acíclico direcionado.
• A fita SSA lineariza o gráfico em código linear.

Backend: avaliação rápida e flexível

• O backend do Fidget é separado do frontend e suporta vários modos de avaliação.
• O compilador JIT converte bytecode em instruções de máquina para maximizar o desempenho.

Algoritmos

• O Fidget implementa vários algoritmos de renderização e malha baseados em avaliação rápida.
• A malha usa Manifold Dual Contouring para garantir watertightness, manifoldness e preservação de características afiadas.

Demo

• O Fidget inclui várias demos, e a GUI web é a parte mais interessante.
• É uma oportunidade de explorar tecnologias atuais de desenvolvimento web.

Possibilidades futuras

• A adição de backend de GPU, melhoria de meshing, construção de biblioteca padrão e bindings para linguagens de alto nível estão em consideração.

Conclusão

• O Fidget agora está disponível publicamente e pode ser facilmente adicionado a projetos Rust.
• É fornecido com uma licença amigável para uso de código aberto e uso comercial.

[GN⁺]

Comentário do Hacker News

• Este projeto aborda uma variedade de áreas da ciência da computação, incluindo estruturas de dados, algoritmos, otimização de baixo nível, compiladores, renderização/gráficos computacionais, ferramentas de design de UI/UX e programação GPGPU

  • Atualizações adicionais podem ser recebidas via redes sociais ou por feed RSS de blog

• O autor estava lendo outros posts excelentes

• Ele acha que esse projeto teria sido muito útil ao escrever seu próprio desenhador de superfícies implícitas

  • Sua abordagem é parcialmente semelhante, mas menos otimizada e gera GLSL diretamente
  • Sente-se tentado a substituir seu trabalho por esse projeto

• O libfive é em grande parte escrito em C++ com cerca de 40K linhas, e até o autor original tem dificuldades para hackeá-lo

  • Quando não compila por alguns meses, a build quebra com frequência, então é necessário mexer no CMake
  • Fica surpreso ao notar que os problemas de build não são tão graves

• Está procurando o melhor software CAD baseado em código, tentou o cad query e encontrou alguns problemas

  • Está buscando recomendações de software para impressão 3D

• Na faculdade, trabalhou com superfícies implícitas em simulador de física de física nuclear

  • A função R possui a propriedade de ser diferenciável em todos os lugares
  • Supõe que ainda se usa bastante código legado em Fortran

• Quer realizar trabalho de árvore abstrata para geração de superfície usando SDFs

  • A ideia de usar uma malha/ponto-alvo para encontrar uma árvore que corresponda à forma desejada

• Já viu papers e demos de superfícies implícitas e consegue construir um modelo por meio da imaginação

  • Fica curioso se é possível fazer tudo o que um kernel b-rep faz
  • Quer ver um kernel rápido, open-source e paralelizável

• Traz à memória o projeto de Ian Henry

• Como alguém que nunca trabalhou com gráficos, achou o projeto muito interessante

  • Gostaria que houvesse mais demos
  • Sugeriu ter um menu suspenso no editor web para testar vários programas