Taichiは、物理シミュレーションやグラフィックレンダリングに特化したPythonライブラリで、GPUを活用して高度な並列処理を提供します。以下ではその基本的な使い方と応用例を紹介します。

インストール方法

<code>pip install taichi</code>

基礎的なグラフィックレンダリング

簡単な形状の描画が可能です。例えば、以下のようなコードで複雑なパターンを生成できます。

<code>
import taichi as ti
ti.init(arch=ti.gpu)

n = 400
img = ti.field(dtype=float, shape=(n, n))

@ti.func
def calc_color(x, y):
    c = ti.Vector([x - 0.5, y - 0.5])
    z = ti.Vector([0.0, 0.0])
    for i in range(100):
        if z.norm() > 2: break
        z = ti.Vector([z[0]**2 - z[1]**2 + c[0], 2*z[0]*z[1] + c[1]])
    return min(i * 0.02, 1.0)

@ti.kernel
def render():
    for i, j in img:
        x = i / n
        y = j / n
        img[i, j] = calc_color(x, y)

render()
gui = ti.GUI("Basic Rendering", res=(n, n))
while gui.running:
    gui.set_image(img)
    gui.show()
</code>

物理シミュレーション

物理シミュレーションも直感的に実装できます。ここでは、重力下でのボールの動きを模倣します。

<code>
import taichi as ti

ti.init(arch=ti.cuda)

num_balls = 50
g = ti.Vector([0.0, -9.8])
pos = ti.Vector.field(2, dtype=ti.f32, shape=num_balls)
vel = ti.Vector.field(2, dtype=ti.f32, shape=num_balls)

@ti.kernel
def init():
    for i in range(num_balls):
        pos[i] = [ti.random(), ti.random()]
        vel[i] = [0.0, 0.0]

@ti.kernel
def step():
    for i in range(num_balls):
        vel[i] += g * 0.01
        pos[i] += vel[i] * 0.01
        if pos[i].y < 0: 
            vel[i].y *= -0.7

init()
gui = ti.GUI('Ball Simulation', (600, 600))
while gui.running:
    step()
    gui.circles(pos.to_numpy(), radius=5)
    gui.show()
</code>

ボリュームレンダリング

光線が透明または半透明の物質を通過する効果をシミュレートする技術です。Taichiはこの高度なレンダリングをサポートしています。

<code>
import taichi as ti

ti.init(arch=ti.gpu)

res = (800, 600)
density = ti.field(dtype=ti.f32, shape=res)

@ti.func
def interpolate(a, b, t):
    return a + (b - a) * t

@ti.kernel
def initialize_density():
    for i, j in density:
        x = i / res[0]
        y = j / res[1]
        density[i, j] = interpolate(0.0, 1.0, y)

@ti.kernel
def perform_render(out_img: ti.template()):
    for i, j in out_img:
        d = density[i, j]
        out_img[i, j] = ti.Vector([d, d, d])

def main():
    initialize_density()
    output = ti.Vector.field(3, dtype=ti.f32, shape=res)
    gui = ti.GUI("Volume Render Demo", res)
    while gui.running:
        perform_render(output)
        gui.set_image(output)
        gui.show()

if __name__ == "__main__":
    main()
</code>