Iterative solvers are widely used to accurately simulate physical systems. These solvers require initial guesses to generate a sequence of improving approximate solutions. In this contribution, we introduce a novel method to accelerate iterative solvers for physical systems with graph networks (GNs) by predicting the initial guesses to reduce the number of iterations. Unlike existing methods that aim to learn physical systems in an end-to-end manner, our approach guarantees long-term stability and therefore leads to more accurate solutions. Furthermore, our method improves the run time performance of traditional iterative solvers. To explore our method we make use of position-based dynamics (PBD) as a common solver for physical systems and evaluate it by simulating the dynamics of elastic rods. Our approach is able to generalize across different initial conditions, discretizations, and realistic material properties. Finally, we demonstrate that our method also performs well when taking discontinuous effects into account such as collisions between individual rods. Finally, to illustrate the scalability of our approach, we simulate complex 3D tree models composed of over a thousand individual branch segments swaying in wind fields. A video showing dynamic results of our graph learning assisted simulations of elastic rods can be found on the project website available at http://computationalsciences.org/publications/shao-2021-physical-systems-graph-learning.html .


翻译:这些解析器被广泛用于准确模拟物理系统。 这些解析器需要初步猜测来生成一系列改进近似解决方案的序列。 在此贡献中, 我们引入了一种新的方法, 通过预测初始猜算来减少迭代数, 加速图形网络物理系统的迭代解答器。 与旨在以端到端方式学习物理系统的现有方法不同, 我们的方法保证了长期稳定, 从而导致更准确的解决方案。 此外, 我们的方法提高了传统迭代解答器的运行时间性能。 为了探索我们使用基于位置的动态( PBD)作为物理系统共同解析器的方法, 并且通过模拟弹性棒的动态来评估它。 我们的方法能够对不同的初始条件、 离散性和现实的物质特性进行概括化。 最后, 我们证明我们的方法在考虑单个棒之间的碰撞等不连续效应时, 也表现得很好。 最后, 为了说明我们的方法的可缩放性, 我们模拟由在风场上超过一千个分支段的分节段组成的三维树模型模型。 一个视频展示了我们可获取的动态图表模拟网站 。

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