用語集 · 物理シミュレーション

ソフトコンタクト

別名:Soft contact、柔らかい接触、コンプライアンス、compliance、接触モデル、contact model、めり込み、penetration、solref、solimp

接触をわずかにばねのように扱い、表面同士が少しめり込めるようにするモデル化です。安定性のためにも、皮膚やフォームのような柔らかいものを表すためにも使います。

2つの物体が触れ合うとき、シミュレーターはそれらが互いをすり抜けないようにしなければなりません。ハードな接触は重なりを一切許しません。鋼鉄なら現実的ですが、数値的には厳しいものです。1ステップで力が急に跳ね上がり、物体がガタガタと震える(チャタリング)ことがあります。

ソフトな接触は表面がわずかに重なること(めり込みの深さ dd)を許し、ダンパー付きのばねのように押し返します。

F=k d+b d˙F = k\,d + b\,\dot{d}

剛性 kk は荷重の下でどれだけ沈むかを決め、減衰 bb は跳ね返りを止めます。コンプライアンスは剛性の反対で、コンプライアンスの大きい表面ほどよくたわみます。

MuJoCo では

MuJoCo はすべての接触をソフトな拘束として扱います。材質ごとの2つのパラメータがその振る舞いを決めます。

  • solref は、めり込みをどれだけ速く押し出すか(時定数)と、どれだけ減衰させるかを決めます。
  • solimp は、拘束がどれだけ強く抵抗するかを決め、それは深さとともに大きくすることもできます。

これらを調整すると、表面をゴム、フォーム、肉、骨のような感触にできます。

柔らかさが役立つ理由

柔らかい接触は力を数ステップに分散させるので、跳ね上がりやチャタリングを避けられます。立っている体にとってこれは重要です。硬い床では足が触れたり離れたりを素早く繰り返すことがあり、学習中の方策(ポリシー)はそのノイズを追いかけてしまいます。わずかにたわむ床なら足が落ち着きます。

このプロジェクトでは

  • ジムのマット。 コーチのアイデアです。フォームのようにたわむ床で、足が約 9 mm 沈みます。変更していない構えの方策で、関節あたり1秒あたりの方向反転が1.7回から0.15回に減り、ジッターが11分の1になりました。足がチャタリングしなくなったからです。
  • 3種類の体の材質(筋肉の体): 柔らかい筋肉(手のひら大のプローブで、50 N で約 8 mm、400 N で 14 mm 沈む)、硬い骨(1 mm 未満)、そしてグリップの効く手です。

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