仿射身体动力学：刚性材料的快速、稳定和无交叉仿真
摘要：模拟刚性材料在不需要考虑变形或可以安全忽略变形的应用中是一个关键的任务，涉及到许多领域。因此，刚体建模一直以来都是一种基本工具，目前是最常用的用于建模刚性固体的仿真策略。与此同时，刚体的数值模型仍然存在许多已知的挑战和权衡，包括交叉、不稳定性、不精确性以及随着接触问题复杂性增加而变慢的性能。在这篇论文中，我们重新审视了这个问题，并提出了ABD，这是一个简单而高效的仿射刚体动力学框架，显著改进了最先进的刚性模拟。我们将刚体IPC（增量潜力接触）方法中的挑战追溯到线性化分段刚性（SE(3)）轨迹和随后的约束的必要性。相反，ABD通过使用刚性正交势函数松弛了每个物体运动必须完全刚性的无必要（和不现实的）约束，同时保持刚体模型的一个关键特征，即小坐标表示。通过这样做，ABD将分段线性化替换为分段线性轨迹。这样，结合了两者的优点：紧凑的坐标保证了小型、稀疏的系统求解，而分段线性轨迹则实现了有效和准确的约束（接触和连接）评估。从这个简单的基础开始，ABD保留了底层IPC模型的所有保证，例如解的收敛性、保证无交叉和准确的摩擦接触。在各种规模和范围的仿真问题上，我们证明了ABD相对于以前基于IPC的方法带来了几个数量级的性能提升（在CPU上两到三个数量级，在GPU上更高一个数量级，即10,000倍加速），同时具有相似或更高的仿真质量。
作者：Lei Lan, Danny M. Kaufman, Minchen Li, Chenfanfu Jiang, Yin Yang
论文ID：2201.10022
分类：Graphics
分类简称：cs.GR
提交时间：2022-02-02