Orbit 使用指南 03 | 与刚体交互 | Isaac Sim

如是我闻： “在之前的指南中，我们讨论了独立脚本（ standalone script）的基本工作原理以及如何在模拟器中生成不同的对象（prims）。在指南03中，我们将展示如何创建并与刚体进行交互。为此，我们使用Orbit中提供的assets.RigidObject类。”

指南03 对应于orbit/source/standalone/tutorials/01_assets目录下的run_rigid_object.py 脚本，让我们先搂一眼完整的代码

# Copyright (c) 2022-2024, The ORBIT Project Developers.
# All rights reserved.
#
# SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause"""
This script demonstrates how to create a rigid object and interact with it... code-block:: bash# Usage./orbit.sh -p source/standalone/tutorials/01_assets/run_rigid_object.py"""from __future__ import annotations"""Launch Isaac Sim Simulator first."""import argparsefrom omni.isaac.orbit.app import AppLauncher# add argparse arguments
parser = argparse.ArgumentParser(description="Tutorial on spawning and interacting with a rigid object.")
# append AppLauncher cli args
AppLauncher.add_app_launcher_args(parser)
# parse the arguments
args_cli = parser.parse_args()# launch omniverse app
app_launcher = AppLauncher(args_cli)
simulation_app = app_launcher.app"""Rest everything follows."""import torchimport omni.isaac.core.utils.prims as prim_utilsimport omni.isaac.orbit.sim as sim_utils
import omni.isaac.orbit.utils.math as math_utils
from omni.isaac.orbit.assets import RigidObject, RigidObjectCfg
from omni.isaac.orbit.sim import SimulationContextdef design_scene():"""Designs the scene."""# Ground-planecfg = sim_utils.GroundPlaneCfg()cfg.func("/World/defaultGroundPlane", cfg)# Lightscfg = sim_utils.DomeLightCfg(intensity=2000.0, color=(0.8, 0.8, 0.8))cfg.func("/World/Light", cfg)# Create separate groups called "Origin1", "Origin2", "Origin3"# Each group will have a robot in itorigins = [[0.25, 0.25, 0.0], [-0.25, 0.25, 0.0], [0.25, -0.25, 0.0], [-0.25, -0.25, 0.0]]for i, origin in enumerate(origins):prim_utils.create_prim(f"/World/Origin{i}", "Xform", translation=origin)# Rigid Objectcone_cfg = RigidObjectCfg(prim_path="/World/Origin.*/Cone",spawn=sim_utils.ConeCfg(radius=0.1,height=0.2,rigid_props=sim_utils.RigidBodyPropertiesCfg(),mass_props=sim_utils.MassPropertiesCfg(mass=1.0),collision_props=sim_utils.CollisionPropertiesCfg(),visual_material=sim_utils.PreviewSurfaceCfg(diffuse_color=(0.0, 1.0, 0.0), metallic=0.2),),init_state=RigidObjectCfg.InitialStateCfg(),)cone_object = RigidObject(cfg=cone_cfg)# return the scene informationscene_entities = {"cone": cone_object}return scene_entities, originsdef run_simulator(sim: sim_utils.SimulationContext, entities: dict[str, RigidObject], origins: torch.Tensor):"""Runs the simulation loop."""# Extract scene entities# note: we only do this here for readability. In general, it is better to access the entities directly from#   the dictionary. This dictionary is replaced by the InteractiveScene class in the next tutorial.cone_object = entities["cone"]# Define simulation steppingsim_dt = sim.get_physics_dt()sim_time = 0.0count = 0# Simulate physicswhile simulation_app.is_running():# resetif count % 250 == 0:# reset counterssim_time = 0.0count = 0# reset root stateroot_state = cone_object.data.default_root_state.clone()# sample a random position on a cylinder around the originsroot_state[:, :3] += originsroot_state[:, :3] += math_utils.sample_cylinder(radius=0.1, h_range=(0.25, 0.5), size=cone_object.num_instances, device=cone_object.device)# write root state to simulationcone_object.write_root_state_to_sim(root_state)# reset bufferscone_object.reset()print("----------------------------------------")print("[INFO]: Resetting object state...")# apply sim datacone_object.write_data_to_sim()# perform stepsim.step()# update sim-timesim_time += sim_dtcount += 1# update bufferscone_object.update(sim_dt)# print the root positionif count % 50 == 0:print(f"Root position (in world): {cone_object.data.root_state_w[:, :3]}")def main():"""Main function."""# Load kit helpersim_cfg = sim_utils.SimulationCfg()sim = SimulationContext(sim_cfg)# Set main camerasim.set_camera_view(eye=[1.5, 0.0, 1.0], target=[0.0, 0.0, 0.0])# Design scenescene_entities, scene_origins = design_scene()scene_origins = torch.tensor(scene_origins, device=sim.device)# Play the simulatorsim.reset()# Now we are ready!print("[INFO]: Setup complete...")# Run the simulatorrun_simulator(sim, scene_entities, scene_origins)if __name__ == "__main__":# run the main functionmain()# close sim appsimulation_app.close()

代码解析

在这个脚本中，我们将主函数main分割成两个独立的函数，这两个函数是在模拟器中设置任何模拟的两个主要步骤：

场景设计：顾名思义，这部分负责将所有图元（ prims）添加到场景中。
模拟运行：这部分负责步进模拟器，与场景中的原始物体进行互动，例如，改变它们的姿态，并对它们应用指令。

区别这两个步骤是必要的，因为第二步只有在第一步完成并且模拟器被重置后才会发生。一旦模拟器被重置（自动播放模拟），新的（启用物理的）原始物体（prims）不应该被添加到场景中，因为这可能会导致意外的行为。然而，可以通过它们各自的句柄（respective handles）与原始物体（prims）进行互动。

场景设计

与前一个指南类似，我们使用地面平面和光源填充场景。此外，我们使用assets.RigidObject类将一个刚体添加到场景中。这个类负责在输入路径处生成原始物体，并初始化它们对应的刚体物理句柄。

在本指南中，我们使用与“生成对象指南”中的刚体圆锥相似的生成配置，创建一个圆锥形的刚体对象。唯一的区别是，现在我们将生成配置包装进assets.RigidObjectCfg类中。这个类包含有关资产生成策略、默认初始状态和其他元信息的信息。当这个类传递给assets.RigidObject类时，它会在播放模拟时生成对象并初始化相应的物理句柄。

作为例子，关于多次生成刚体原始物体，我们创建了它们的父Xform原始物体，/World/Origin{i}，这对应于不同的生成位置。当正则表达式/World/Origin*/Cone传递给assets.RigidObject类时，它会在每个/World/Origin{i}位置生成刚体原始物体。例如，如果场景中存在/World/Origin1和/World/Origin2，则刚体原始物体分别在位置/World/Origin1/Cone和/World/Origin2/Cone处生成。

    # Create separate groups called "Origin1", "Origin2", "Origin3"# Each group will have a robot in itorigins = [[0.25, 0.25, 0.0], [-0.25, 0.25, 0.0], [0.25, -0.25, 0.0], [-0.25, -0.25, 0.0]]for i, origin in enumerate(origins):prim_utils.create_prim(f"/World/Origin{i}", "Xform", translation=origin)# Rigid Objectcone_cfg = RigidObjectCfg(prim_path="/World/Origin.*/Cone",spawn=sim_utils.ConeCfg(radius=0.1,height=0.2,rigid_props=sim_utils.RigidBodyPropertiesCfg(),mass_props=sim_utils.MassPropertiesCfg(mass=1.0),collision_props=sim_utils.CollisionPropertiesCfg(),visual_material=sim_utils.PreviewSurfaceCfg(diffuse_color=(0.0, 1.0, 0.0), metallic=0.2),),init_state=RigidObjectCfg.InitialStateCfg(),)cone_object = RigidObject(cfg=cone_cfg)

由于我们是想与刚体进行互动，我们将这个实体返回给主函数。然后在模拟循环中使用这个实体与刚体进行互动。在后续的指南中，我们将看到使用scene.InteractiveScene类处理多个场景实体的更便捷方式。

    # return the scene informationscene_entities = {"cone": cone_object}return scene_entities, origins

运行模拟循环

我们修改模拟循环已进行与刚体的互动，包括三个步骤

在固定时间间隔重置模拟状态、
步进模拟
以及更新刚体的内部缓冲区。

为了简便一些，我们从场景的字典中提取出刚体的实体，并将其存储在一个变量中。

在固定时间间隔重置模拟状态

为了重置生成的刚体原始物体的模拟状态，我们需要设置它们的姿态和速度。这两者共同定义了生成的刚体对象的根状态。重要的是要注意，这个状态是在模拟世界框架中定义的，而不是它们的父Xform原始物体的框架。这是因为物理引擎只理解世界框架，而不理解父Xform原始物体的框架。因此，在设置之前，我们需要将刚体原始物体的期望状态转换到世界框架中。

我们使用assets.RigidObject.data.default_root_state属性来获取生成的刚体原始物体的默认根状态。这个默认状态可以从assets.RigidObjectCfg.init_state属性配置，我们在这个指南中将其保留为身份。然后，我们随机化根状态的平移，并使用assets.RigidObject.write_root_state_to_sim()方法设置刚体原始物体的期望状态。正如名称所示，这个方法将刚体原始物体的根状态写入到模拟缓冲区中。

            # reset root stateroot_state = cone_object.data.default_root_state.clone()# sample a random position on a cylinder around the originsroot_state[:, :3] += originsroot_state[:, :3] += math_utils.sample_cylinder(radius=0.1, h_range=(0.25, 0.5), size=cone_object.num_instances, device=cone_object.device)# write root state to simulationcone_object.write_root_state_to_sim(root_state)# reset bufferscone_object.reset()

PS：我这段真看了半天，就只能直译了，我现在的理解是，我们要是想刷新这个圆锥的状态，就必须找出他的根状态，在根状态上做改变，当然如果是单纯的图形的话，在上一级Xform上改动也就可以了，也就是这一段代码，对orbit同样绝望还必须得用的可以私信我，我们一起研究一下

 root_state = cone_object.data.default_root_state.clone()

步进模拟

在步进模拟之前，我们执行assets.RigidObject.write_data_to_sim()方法。这个方法将其他数据，比如外部力，写入模拟缓冲区。在本指南中，我们没有对刚体施加任何外部力，所以这个方法不是必需的。然而，为了完整性，我们将他写在这里。

        # apply sim datacone_object.write_data_to_sim()

更新状态

在步进模拟之后，我们更新刚体原始物体的内部缓冲区，以便在assets.RigidObject.data属性内反映它们的新状态。这是通过使用assets.RigidObject.update()方法完成的。

        # update bufferscone_object.update(sim_dt)

代码执行

现在我们已经讲解了代码，让我们运行脚本并查看结果：

./orbit.sh -p source/standalone/tutorials/01_assets/run_rigid_object.py

这应该会打开一个带有地面平面、灯光和几个绿色圆锥的舞台。圆锥必须从随机高度落下并落在地面上。

在这里插入图片描述

要停止模拟，可以关闭窗口，或在UI中按停止按钮，或在终端中按Ctrl+C。

本指南展示了如何生成刚体对象，并将它们包装在RigidObject类中以初始化它们的物理句柄，这允许设置和获取它们的状态。在下一个指南中，我们将看到如何与由关节连接的刚体对象集合即关节物体进行互动。

愿本文渡一切机器人模拟器苦

以上