基于 Python 与 Taichi CUDA 的实时布料物理演示。粒子积分、PBD/XPBD 约束、 Havok-style 子步进以及 Stanford Bunny 三角网格碰撞均在 GPU kernel 中执行； Python 负责 PLY 加载、拓扑生成和交互控制。
- PBD：Jacobi 并行位置约束投影。
- XPBD：带 compliance 和累计 Lagrange 乘子的并行求解。
- Havok-style：半隐式积分、固定三子步和稳定约束投影的教学近似。
- 披风：18 × 19 网格，Python 版本固定在兔子头部前方。
- 长围巾：21 环、420 粒子，有效长度约 1.4 场景单位。
- 耳饰：8 束 GPU 链式粒子。
- 真实模型碰撞：CPU 启动阶段把 Bunny 的 16,301 个三角面组织成均匀空间网格； GPU 每帧仅查询粒子邻近单元中的真实三角面。
- 保守防穿模：0.022 场景单位安全厚度、单步位移限制、至少双物理子步、 约束后最终碰撞投影，并将固定挂点持久吸附到模型外侧。
- GPU 主程序：Taichi GGUI 直接渲染 GPU 字段。
- 网页同步预览：旧网页已同步当前 Python 版本的布料尺寸、固定点、风力范围、 子步策略和防穿模参数，方便通过浏览器展示；网页渲染使用 WebGL，GPU 主程序仍使用 CUDA。
- Windows 10/11 x64
- Python 3.12 x64
- NVIDIA GPU 与可用 CUDA 驱动（当前机器已验证 RTX 4090）
启动 Python/CUDA 模拟直接双击：
start_gpu.bat
脚本会自动完成以下操作：
- 定位 Python 3.12，首次运行时创建
.venv。 - 检查并自动安装 Taichi 1.7.4 与 NumPy 1.26.4。
- 检查 NVIDIA GPU/CUDA 驱动。
- 执行 30 步 CUDA 防穿模冒烟测试。
- 测试通过后启动 GPU 实时窗口。
网页端展示：
start_server.bat启动网页模拟直接双击 start_server.bat，浏览器会自动打开 http://localhost:8080。
关闭服务器窗口或按 Ctrl+C 即可停止网页服务。
- Python 窗口按住鼠标右键拖动：围绕兔子自由旋转相机。
Camera Controls：前、后、左、右、顶部视角，自动环绕、环绕速度和观察距离。- 控制面板：切换 PBD、XPBD、Havok-style。
- 切换 Cape、Long scarf、Ear ornaments。
- 调整重力、风力、刚度、迭代次数和阻尼。风力范围为 0–100（原范围的 5 倍），并提供强风 35、暴风 70、极限风 100 三个快捷预设。
- 开关 Bunny 真实网格碰撞、线框、暂停。
Bunny hop：测试运动角色挂点和碰撞跟随。
无窗口 CUDA 回归：
.\.venv\Scripts\python.exe .\gpu_cloth_demo.py --headless --steps 120指定算法和布料：
.\.venv\Scripts\python.exe .\gpu_cloth_demo.py --headless --algorithm xpbd --cloth scarf可用参数：
--arch cuda|vulkan|cpu--algorithm pbd|xpbd|havok--cloth cape|scarf|hair--wind 0..100--headless --steps N
cloth-simulation-demo/
├── gpu_cloth_demo.py # Python/Taichi GPU 主程序
├── bunny.ply # Stanford Bunny 三角模型
├── requirements.txt # 锁定的 Python 依赖
├── start_gpu.bat # Python/CUDA 模拟唯一启动入口
├── start_server.bat # 网页模拟唯一启动入口
├── index.html # Python 效果同步展示页
├── styles.css # 网页展示样式
└── src/main.js # WebGL 同步物理预览
120 步 CUDA 无窗口回归，包含首次 JIT 编译：
| 模式 | 粒子 | 约束 | 实际模型接触 | 模拟速度 |
|---|---|---|---|---|
| PBD 披风 | 342 | 1,869 | 132 | 54.1 FPS |
| XPBD 披风 | 342 | 1,869 | 80 | 52.5 FPS |
| Havok-style 披风 | 342 | 1,869 | 90 | 58.4 FPS |
| PBD 长围巾 | 420 | 1,200 | 1,379 | 38.3 FPS |
Taichi 1.7.4 在 Windows/Python 3.12 上存在原生解释器析构异常，主入口在所有 kernel 完成后使用明确退出码绕过该第三方析构路径；运行期异常仍会打印并返回 1。
Taichi 的 CUDA 与 GGUI 用法依据其官方文档实现： https://docs.taichi-lang.org/docs/ggui