Tactile perception is key to dexterous manipulation, yet simulating high-resolution elastomer deformation remains computationally prohibitive. Finite element methods (FEM) deliver high fidelity but demand costly remeshing, while Material Point Methods (MPM) suffer from heavy particle-memory tradeoffs. We propose a {reduced-order neural simulation framework} that couples coarse-grained MPM dynamics with an implicit neural decoder to reconstruct sub-particle tactile details from compact latent states. The framework learns a continuous deformation manifold from paired high- and low-resolution simulations, enabling physically consistent, differentiable inference. Compared to the TacIPC, our method achieves over 65\% faster simulation and {40\% lower memory usage}, while maintaining better geometric fidelity. In tactile rendering and 3D surface reconstruction, our methods further improve accuracy by 25\% and produce realistic depth images and surface mesh within a faster inference speed. These results demonstrate that the proposed reduced-order neural model enables high-detail, physically grounded tactile simulation with substantial efficiency gains for robotic interaction and optimization.


翻译:触觉感知是实现灵巧操作的关键,然而高分辨率弹性体变形的模拟在计算上仍面临巨大挑战。有限元方法虽能提供高保真度,但代价高昂的网格重划分过程难以避免;物质点方法则受限于粒子-内存之间的严重权衡。我们提出了一种降阶神经仿真框架,将粗粒度的物质点动力学与隐式神经解码器相结合,从紧凑的隐状态中重构出亚粒子级别的触觉细节。该框架通过联合高、低分辨率模拟数据学习连续变形流形,从而实现物理一致且可微的推理。与TacIPC相比,我们的方法在模拟速度上提升超过65%,内存使用降低40%,同时保持了更高的几何保真度。在触觉渲染与三维表面重建任务中,该方法进一步将精度提升25%,并能以更快的推理速度生成真实的深度图像与表面网格。这些结果表明,所提出的降阶神经模型能够实现高精细、物理可解释的触觉模拟,为机器人交互与优化带来了显著的效率提升。

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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