Simulating rigid collisions among arbitrary shapes is notoriously difficult due to complex geometry and the strong non-linearity of the interactions. While graph neural network (GNN)-based models are effective at learning to simulate complex physical dynamics, such as fluids, cloth and articulated bodies, they have been less effective and efficient on rigid-body physics, except with very simple shapes. Existing methods that model collisions through the meshes' nodes are often inaccurate because they struggle when collisions occur on faces far from nodes. Alternative approaches that represent the geometry densely with many particles are prohibitively expensive for complex shapes. Here we introduce the Face Interaction Graph Network (FIGNet) which extends beyond GNN-based methods, and computes interactions between mesh faces, rather than nodes. Compared to learned node- and particle-based methods, FIGNet is around 4x more accurate in simulating complex shape interactions, while also 8x more computationally efficient on sparse, rigid meshes. Moreover, FIGNet can learn frictional dynamics directly from real-world data, and can be more accurate than analytical solvers given modest amounts of training data. FIGNet represents a key step forward in one of the few remaining physical domains which have seen little competition from learned simulators, and offers allied fields such as robotics, graphics and mechanical design a new tool for simulation and model-based planning.


翻译:在任意形状之间模拟僵硬的碰撞由于复杂的几何形状和相互作用的强烈非线性而非常困难。 图形神经网络(GNN)的模型在模拟复杂的物理动态(如流体、布和分解体)方面非常有效, 但除了非常简单的形状外,在僵硬体物理学方面效果和效率较低。 模拟通过模贝节点碰撞的现有方法往往不准确,因为它们在远离节点的面部发生碰撞时挣扎。 代表以许多颗粒为密度的几何形的替代方法对于复杂形状来说代价极高。 在这里,我们引入了超越以GNN为基础的方法的面部神经网络(FGIGNet), 并且能够对网形面面面面面的物理动态进行配置,而不是节点。 与所学的节点和粒子物理学方法相比, FIGNET在模拟复杂的形状相互作用中大约4x更准确,同时,在不甚小、僵硬的模件上进行计算效率8x。 此外, FIGNET可以直接从真实的数据中学习摩擦动动态动态动态动态动态动态动态动态动态动态动态动态动态动态, 并且从一个方向上看到一个小的模型模型模型模型模型模型。

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