⚡ IPC Coupler#

Genesis 为高精度可变形体-刚体交互提供增量势能接触 (IPC) 耦合。

要求#

需要 libuipc 库（从 https://github.com/spiriMirror/libuipc 构建）。

基本设置#

import genesis as gs

dt = 0.01
scene = gs.Scene(
    sim_options=gs.options.SimOptions(dt=dt, gravity=(0.0, 0.0, -9.8)),
    coupler_options=gs.options.IPCCouplerOptions(
        dt=dt,
        gravity=(0.0, 0.0, -9.8),
    ),
)

关键参数#

参数

默认值

描述

dt

0.001

IPC 模拟的时间步长

contact_d_hat

0.001

接触屏障距离

contact_friction_mu

0.5

摩擦系数

ipc_constraint_strength

(100, 100)

（平移、旋转）耦合强度

two_way_coupling

True

IPC 产生的力影响刚体

IPC_self_contact

False

启用刚体-刚体自碰撞

enable_ipc_gui

False

Polyscope 可视化

布料模拟#

scene = gs.Scene(
    coupler_options=gs.options.IPCCouplerOptions(
        dt=2e-3,
        contact_d_hat=0.01,
        contact_friction_mu=0.3,
        enable_ipc_gui=True,
    ),
)

cloth = scene.add_entity(
    morph=gs.morphs.Mesh(file="cloth.obj"),
    material=gs.materials.FEM.Cloth(
        E=10e5,
        nu=0.499,
        rho=200,
        thickness=0.001,
        bending_stiffness=50.0,
    ),
)

机器人抓取#

scene = gs.Scene(
    coupler_options=gs.options.IPCCouplerOptions(
        dt=1e-2,
        ipc_constraint_strength=(100, 100),
        contact_friction_mu=0.8,
        two_way_coupling=True,
    ),
)

franka = scene.add_entity(gs.morphs.MJCF(file="panda.xml"))

# 过滤哪些连杆参与 IPC
scene.sim.coupler.set_ipc_link_filter(
    entity=franka,
    link_names=["left_finger", "right_finger"],
)

cube = scene.add_entity(
    morph=gs.morphs.Box(),
    material=gs.materials.FEM.Elastic(E=5e3, nu=0.45, rho=1000),
)

何时使用 IPC#

使用 IPC：

  • 带碰撞的布料/织物模拟

  • FEM 对象与刚体交互

  • 高质量抓取模拟

  • 稳定的基于约束的接触解析

使用 LegacyCoupler：

  • 简单的刚体-MPM、刚体-SPH 交互

  • 较低的计算开销

  • 当 IPC 库不可用时

接触处理#

交互

IPC 行为

FEM-FEM

始终启用

FEM-Rigid

始终启用

Rigid-Rigid

IPC_self_contact 选项

Cloth-Cloth

始终启用（自碰撞）

性能提示#

  • 将 contact_d_hat 匹配到网格分辨率（典型 0.5-2mm）

  • 更高的 ipc_constraint_strength = 更硬但可能不稳定

  • 使用 disable_genesis_ground_contact=True 避免重复计算地面碰撞