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Stable Constrained Dynamics

Authors :
Maxime Tournier
Benjamin Gilles
Matthieu Nesme
François Faure
RIKEN Center for Brain Science [Wako] (RIKEN CBS)
RIKEN - Institute of Physical and Chemical Research [Japon] (RIKEN)
Laboratoire d'Informatique de Robotique et de Microélectronique de Montpellier (LIRMM)
Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Artificial movement and gait restoration (DEMAR)
Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM)
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)
Intuitive Modeling and Animation for Interactive Graphics & Narrative Environments (IMAGINE)
Inria Grenoble - Rhône-Alpes
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire Jean Kuntzmann (LJK)
Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Image & Interaction (ICAR)
Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
FUI Dynam'it!FUI Collodi
SOFA
ANR-10-COSI-0015,SOHUSIM(2010)
European Project: 291184,EC:FP7:ERC,ERC-2011-ADG_20110209,EXPRESSIVE(2012)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)
Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM)
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire d'Informatique de Robotique et de Microélectronique de Montpellier (LIRMM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)
Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Laboratoire Jean Kuntzmann (LJK)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Inria Grenoble - Rhône-Alpes
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM)
Source :
ACM Transactions on Graphics, ACM Transactions on Graphics, 2015, Proceedings of SIGGRAPH, 34 (4), pp.132:1--132:10. ⟨10.1145/2766969⟩, ACM Transactions on Graphics, Association for Computing Machinery, 2015, Proceedings of SIGGRAPH, 34 (4), pp.132:1--132:10. ⟨10.1145/2766969⟩
Publication Year :
2015
Publisher :
HAL CCSD, 2015.

Abstract

International audience; We present a unification of the two main approaches to simulate deformable solids, namely elasticity and constraints. Elasticity accurately handles soft to moderately stiff objects, but becomes numerically hard as stiffness increases. Constraints efficiently handle high stiffness, but when integrated in time they can suffer from instabilities in the nullspace directions, generating spurious transverse vibrations when pulling hard on thin inextensible objects or articulated rigid bodies. We show that geometric stiffness, the tensor encoding the change of force directions (as opposed to intensities) in response to a change of positions, is the missing piece between the two approaches. This previously neglected stiffness term is easy to implement and dramatically improves the stability of inextensible objects and articulated chains, without adding artificial bending forces. This allows time step increases up to several orders of magnitude using standard linear solvers.

Details

Language :
English
ISSN :
07300301 and 15577368
Database :
OpenAIRE
Journal :
ACM Transactions on Graphics, ACM Transactions on Graphics, 2015, Proceedings of SIGGRAPH, 34 (4), pp.132:1--132:10. ⟨10.1145/2766969⟩, ACM Transactions on Graphics, Association for Computing Machinery, 2015, Proceedings of SIGGRAPH, 34 (4), pp.132:1--132:10. ⟨10.1145/2766969⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....1135b00e64474b6f1fd81931c3eb5d98
Full Text :
https://doi.org/10.1145/2766969⟩