TacIPC: Intersection- and Inversion-free FEM-based Elastomer Simulation For Optical Tactile Sensors

要約

触覚は、人間と環境との相互作用にとって重要な感覚様式として機能します。
さまざまな触覚センサー技術の中でも、特に高解像度の触覚画像を生成するために、光学センサーベースのアプローチが注目を集めています。
この研究では、物理ベースのアプローチを通じてゲル エラストマーの変形シミュレーションを調査します。
この方向のこれまでの研究では通常、力のシミュレーションとレンダリングに一定の制限がある明示的物質点法 (MPM) が採用されていますが、私たちは有限要素法 (FEM) を採用し、潜在的な接触の増分による貫通とメッシュの歪みの課題に対処します (
IPC）方式。
その結果、直接レンダリングと摩擦モデリングに対応しながら数値的に安定したシミュレーションを保証できる TacIPC という名前のシミュレーターを紹介します。
TacIPC を評価するために、擬似画質評価、変形形状推定、マーカー変位予測の 3 つのタスクを実行します。
これらのタスクは、シミュレーションと実際のギャップを削減する上で優れた効果を示します。
私たちの方法は、既存のシミュレータとシームレスに統合することもできます。
その他の実験やビデオは、補足資料および Web サイト (https://sites.google.com/view/tac-ipc) でご覧いただけます。

要約(オリジナル)

Tactile perception stands as a critical sensory modality for human interaction with the environment. Among various tactile sensor techniques, optical sensor-based approaches have gained traction, notably for producing high-resolution tactile images. This work explores gel elastomer deformation simulation through a physics-based approach. While previous works in this direction usually adopt the explicit material point method (MPM), which has certain limitations in force simulation and rendering, we adopt the finite element method (FEM) and address the challenges in penetration and mesh distortion with incremental potential contact (IPC) method. As a result, we present a simulator named TacIPC, which can ensure numerically stable simulations while accommodating direct rendering and friction modeling. To evaluate TacIPC, we conduct three tasks: pseudo-image quality assessment, deformed geometry estimation, and marker displacement prediction. These tasks show its superior efficacy in reducing the sim-to-real gap. Our method can also seamlessly integrate with existing simulators. More experiments and videos can be found in the supplementary materials and on the website: https://sites.google.com/view/tac-ipc.

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