Pybind11でC++とPythonのいいとこ取りをする

Pybind11でC++とPythonのいいとこ取りをする 2020/09/13 OSK 9月LT会 @yumcyawiz

Motivation Pythonはnumpyとかmatplotlibとか色々あって便利！

Motivation だけど複雑な計算を実装すると遅い・・

Motivation 一方でC++は計算早いけど、可視化とか不便・・

Motivation C++で計算を実装して、Pythonで可視化できないか？

• C++・Python間で互いのデータ型・関数を扱えるようにするC++のHeader Onlyライブラリ • STLのデータ型もサポート • numpyのデータ型も扱える

Usage - Setup

Project Setup • 今回はC++側でMyLibという名前の静的ライブラリを作成 • Python側でMyLibを呼び出せるようにしたい

Project Setup - CMake • CMakeを使ってpybind11を導入 • Python Bindingをbinding.cppに記述
• pybind11_add_moduleで binding.cppをソースに指定

Project Setup - Build • ビルドするとMyLib.*.soが生成される • Python Scriptと同じディレクト
リに置けばimport Mylibできる

Usage - Function

Function mylib.cpp binding.cpp Binding.cppにPython Bindingを記述していく

Function binding.cpp Python側から呼び出せる test.py

Function – default argument binding.cpp 名前付き引数&デフォルト引数も設定可能 mylib.h

Function – reference test.py 参照型も基本的には問題なく使えるただしstr, bool, intなどPython側でImmutableな型は関数内の変更が反映されない mylib.cpp
0

Usage - Class

Class Vec3クラスをPythonから使えるようにする mylib.h binding.cpp test.py <MyLib.Vec3 object at 0x7fb66ccd8f30>

Class - member メンバ変数へのアクセス関数の時と同様にバインドを作成できる binding.cpp test.py

Class - print printでVec3の中身を表示 __repr__を定義する binding.cpp test.py (1.000000, 2.000000, 3.000000)

Class - element 要素アクセスしたい場合 __getitem__を定義する binding.cpp test.py 2

Class - numpy Vec3をnumpy arrayとして読み込めるようにしたい Buffer Protocolを利用することで可能 binding.cpp test.py [2.
4. 6.]

Reference 紹介したコードは以下のrepoで公開してます https://github.com/yumcyaWiz/pybind11_tutorial

Application

LensSim • Ray Tracingによって写真レンズの性能評価・映り方のシミュレーションを行うツール

LensSim C++ • レンズの読み込み • レイトレーシング • 各種性能計算 • IBLによるレンダリング
Python • 可視化(matplotlib) 複雑な計算を実装し、ライブラリ化可視化周り

LensSim – Optical Path Diagram Python matplotlibを用いて光路図を表示する C++

LensSim – Exit Pupil Plot Python matplotlibを用いて射出瞳を表示する C++

Reference LensSimは以下のrepoで公開してます https://github.com/yumcyaWiz/LensSim

Thank you for listening!

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