🔧 SAP Coupler#

Genesis 为精确的刚体-FEM 接触处理提供半解析原始 (SAP) 耦合。

要求#

import genesis as gs

# 必须使用 64 位精度
gs.init(backend=gs.gpu, precision="64")

基本设置#

scene = gs.Scene(
    sim_options=gs.options.SimOptions(dt=1/60, substeps=2),
    fem_options=gs.options.FEMOptions(use_implicit_solver=True),  # 必需
    coupler_options=gs.options.SAPCouplerOptions(),
)

关键参数#

参数

默认值

描述

n_sap_iterations

5

每步 SAP 求解器迭代次数

n_pcg_iterations

100

最大 PCG 求解器迭代次数

sap_convergence_atol

1e-6

绝对容差

sap_convergence_rtol

1e-5

相对容差

sap_taud

0.1

耗散时间尺度

hydroelastic_stiffness

1e8

水弹性接触刚度

point_contact_stiffness

1e8

点接触刚度

enable_rigid_fem_contact

True

启用刚体-FEM 耦合

接触类型选项#

参数

可选值

描述

fem_floor_contact_type

“tet”, “vert”, “none”

FEM-地面接触方法

rigid_floor_contact_type

“tet”, “vert”, “none”

刚体-地面接触

rigid_rigid_contact_type

“tet”, “none”

刚体-刚体接触

  • “tet”：默认，基于四面体化（最精确）

  • “vert”：用于非常粗的网格

  • “none”：禁用接触类型

机器人抓取示例#

scene = gs.Scene(
    sim_options=gs.options.SimOptions(dt=1/60, substeps=2),
    rigid_options=gs.options.RigidOptions(enable_self_collision=False),
    fem_options=gs.options.FEMOptions(use_implicit_solver=True, pcg_threshold=1e-10),
    coupler_options=gs.options.SAPCouplerOptions(
        pcg_threshold=1e-10,
        sap_convergence_atol=1e-10,
        sap_convergence_rtol=1e-10,
    ),
)

franka = scene.add_entity(gs.morphs.MJCF(file="panda.xml"))
sphere = scene.add_entity(
    morph=gs.morphs.Sphere(radius=0.02, pos=(0.65, 0.0, 0.02)),
    material=gs.materials.FEM.Elastic(model="linear_corotated", E=1e5, nu=0.4),
)

FEM 模拟#

sphere = scene.add_entity(
    morph=gs.morphs.Sphere(pos=(0.0, 0.0, 0.1), radius=0.1),
    material=gs.materials.FEM.Elastic(E=1e5, nu=0.4, model="linear_corotated"),
)

何时使用 SAP#

使用 SAP：

  • 刚体-FEM 交互（机器人抓取可变形体）

  • 水弹性接触模型

  • 高精度要求

  • 可变形物体的操作任务

使用 LegacyCoupler：

  • 多粒子求解器（MPM、SPH、PBD）

  • 可微模拟（SAP 不支持梯度）

  • 纯刚体模拟

性能#

  • 更快的收敛：40 步 vs LegacyCoupler 的 150 步

  • 更高的精度：位置误差 ~1e-3 vs ~5e-3

  • 权衡：需要 64 位精度，FEM 隐式求解器

限制#

  • 仅支持刚体 + FEM 求解器

  • 需要 64 位精度 (precision="64")

  • FEM 必须使用隐式求解器

  • 可微模拟不支持梯度