Dynamics simulation with frictional contacts is important for a wide range of applications, from cloth simulation to object manipulation. Recent methods using smoothed friction forces have enabled robust and differentiable simulation of elastodynamics with friction. However, the resulting frictional behaviors can be qualitatively inaccurate and may not converge to analytic solutions. Here we propose an alternative, fully implicit, formulation for simulating elastodynamics subject to frictional contacts with realistic friction behavior. Furthermore, we demonstrate how higher-order time integration can be used in our method, as well as in incremental potential methods. We develop an inexact Newton method with forward-mode automatic differentiation that simplifies the implementation and improves performance. Finally, we show how our method can be extended to respond to volume changes using a unified penalty function derived from first principles and capable of emulating compressible as well as nearly incompressible media.


翻译:与摩擦接触的动态模拟对于从布面模拟到物体操纵等一系列广泛的应用非常重要。 最近使用平滑摩擦力量的方法使得以摩擦方式对 Elasto 动力学进行强力和差异化的模拟。 但是,由此产生的摩擦行为在质量上可能不准确,可能不会与分析解决方案趋同。 在这里,我们提出了一个完全隐含的替代方案,用于模拟与现实摩擦行为发生摩擦接触的 Elasto 动力学。 此外,我们展示了如何在我们的方法中以及在递增的潜在方法中使用更高顺序的时间整合。 我们开发了一种不精确的牛顿方法,其前方模式自动区分可以简化执行过程并改进性能。 最后,我们展示了如何扩大我们的方法,以便使用由第一条原则产生的统一的惩罚功能来应对体积变化,并能够模拟可压缩和几乎无法压缩的媒体。

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