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gazebo教程（八）场景建模

我是。

发布时间 2021.01.03阅读数 1344 评论数 1

场景建模

一、介绍 1、打开场景编辑器 UI介绍 二、导入平面图 三、添加特征

• • 墙壁
• • 添加门窗
• • 添加楼梯
• • 添加层
• • 编辑建筑物
    • • 变更层数
• • 编辑墙体
• • 编辑门窗
• • 添加颜色和纹理
• 保存场景
• 退出

一、介绍

  在gazebo中，我们不仅可以对机器人建模，还可以对场景建模（即机器人所在环境），这一节就给大家介绍如何在gazebo中创建一栋房子，作为机器人的活动空间。  

1、打开场景编辑器

  启动gazebo，依次点击 Edit -> Building Editor, 或者使用快捷键 Ctrl+B 打开编辑器。界面如下：  

 

UI介绍

  该编辑器由以下3个区域组成：

• 调色板，在这里你可以选择你的建筑特征和材料。
• 2D视图，你可以导入楼层平面图，编辑器会根据平面图自动插入插入墙壁，门窗和楼梯。
• 3D视图，在这里你可以看到你的建筑物的预览。您还可以在其中为建筑物的不同部分分配颜色和纹理。

 

 

二、导入平面图

  您可以从零开始创建建筑场景，也可以使用现有图像作为模板进行追溯。该图像可以是例如建筑物的2D激光扫描。   这里给出示例平面图：  

  然后按以下步骤操作：   1、点击调色板下方的Import按钮。然后将会弹出Import Image对话框。   2、选择平面图所在路径，然后单击Next。  

  3、为确保在图像上绘制的墙以正确的比例显示，必须以像素/米（px/m）设置图像的分辨率。如果知道分辨率，则可以直接在对话框中输入分辨率，然后单击Ok。在此示例中，我们不知道分辨率，但是我们知道图像中两点之间的真实距离（例如7.5 m的顶壁），因此我们可以使用它来计算分辨率：  

• 点击墙的一端，然后在另一端释放。当您移动鼠标时，将显示橙色线，如下所示。
• 现在，在对话框中输入以米为单位的距离（在这种情况下为7.5 m）。分辨率将根据您绘制的线条自动为您计算。
• 最后，单击Ok。

 

 

三、添加特征

 

墙壁

  我们接下来会根据平面图绘制所有的墙壁。值得注意的是，稍后我们会将门窗附加到墙壁上，因此现阶段可以直接忽略门窗位置。如果你觉得墙壁不完美，不用担心，稍后我们将对其进行更加细致的编辑。  

• 在调色板上，单击Wall。
• 在2D视图上，在任意墙角单击开始绘制墙体。随着鼠标的移动，墙的长度也会跟着显示。
• 再次单击可以结束当前墙体的绘制，转而进入相邻墙体的绘制，如果想要取消绘制可以esc。（这里跟cad sw的绘制直线有点类似）。

 

 

默认情况下，墙体会以15°和0.25 m递增，并且还会捕捉到现有墙的端点。如果不希望自动补抓，可在绘图时按住 Shift。

 

添加门窗

  注意：目前，门窗是墙上的简单孔。 让我们在平面图上所示的位置插入门窗。

• 在面板上，单击Window或Door。
• 在2D视图中移动鼠标时，要插入的特征会随之移动，在3D视图中其对应物也会随之移动。
• 单击所需位置以放置特征。

提示：将鼠标悬停在门上时，门窗会自动与墙壁对齐。移动时会显示到墙端的距离。

 

 

提示：在墙壁上添加了相关特征之后，可能很难看到其在平面图中的位置。为了简化操作，您可以在2D视图的顶部选择查看或隐藏当前级别的平面图或特征。您还可以使用热键来切换可见性， F对应floor和 G对应特征。

 

 

添加楼梯

  尽管在这个平面图上没有显示楼梯，但是我们还是要插入一个楼梯。  

• 在调色面板上，单击Stairs。
• 在2D视图中移动鼠标时，要插入的楼梯也随之移动，在3D视图中也是如此。
• 为您的楼梯选择一个位置，然后单击放置它。

 

 

添加层

  我们已经完成了第1层的工作。接下来我们要在建筑物中添加另一个层，使得我们的楼梯能够连接到某个地方。

• 在2D视图的顶部，单击+添加一个级别。或者，右键单击2D视图，然后选择Add a level
• 添加新层后，将自动插入地板。如果下面的台阶上有楼梯，则在保存建筑物时，将从地面上挖一个台阶。

注意：目前，所有楼层均为矩形。 提示：在添加层之前，请确保要在当前层上建立墙体。 提示：目前，建立新的层时是复制上一层的所有墙体，并且使用默认材质。没有其他特征被复制。您可以手动删除不需要的墙。

 

 

编辑建筑物

 

注意：编辑建筑物时要小心；编辑器目前无法撤消您的操作。 提示：所有度量单位均为米。

 

变更层数

  由于添加一层，因此在2D视图中我们看到的同样是新一层的平面图。您可以通过从2D视图顶部的下拉列表中选择层2返回到层1。

提示：在2D视图中，当前选择的层在3D视图中将显示为半透明，而其下面的所有层将显示为不透明。上面的层将被隐藏，但是依旧存在。

  如果有需要，我们还可以编辑一些相关层的配置。  

• 双击2D视图以打开带有层配置选项的检查器。或者，右键单击并选择Open Level Inspector

您可能添加了不需要的级别，或者在当前层中弄乱了，并希望重新绘制，可以

• 按2D视图顶部的-按钮删除当前层，或右键单击并选择Delete Level。

 

 

编辑墙体

  我们之前画了很多墙，但是也许它们并没有完全按照我们想要的方式绘制。我们有以下方式可以进行修改：   1、在2D视图中，单击要编辑的墙。

• 通过将墙拖动到新位置来平移墙。
• 通过拖动墙的端点之一来调整墙的大小或旋转墙。

  2、在2D视图中双击墙以打开带有配置选项的检查器。或者，右键单击并选择Open Wall Inspector。编辑你想要修改的内容，然后按Apply预览更改。   3、选中你想要删除的墙体，按下键盘上的Delete键，或在2D视图中右键单击墙体，选择Delete。  

 

编辑门窗

  现在让我们一起编辑门窗。正如我们编辑墙体那样，也可以通过以下几种不同的方式更精确地控制门窗属性。   1、在2D视图中，单击要编辑的特征。

• 通过将特征拖动到新位置来对其进行变换。
• 拖动特征的旋转手柄来旋转特征。当前，只要将它们附着在墙上，它们的方向就不会改变。
• 通过拖动端点之一来调整特征的宽度。

  2、双击2D视图中的特征以打开带有配置选项的检查器。或者，右键单击并选择Open Window/Door Inspector   3、选中想要删除的特征，按下键盘的Delete键，或在2D视图中右键单击并选择Delete。  

  编辑楼梯同样如此，这里就不细说了  

 

添加颜色和纹理

  现在，一切都已正确放置并确定大小，您可以为墙壁，地板和楼梯分配颜色和纹理。请记住，门窗只是墙上的孔，因此不能有任何材料。   有两种方法可以为建筑物添加颜色和纹理：  

• 您可以从Wall Inspector、Stairs Inspector和Level Inspector分别为墙壁，楼梯和地板添加颜色和纹理。只需打开检查器，选择材料，然后按Apply
• 可以从调色板中选择颜色和纹理，然后通过在3D视图中单击将其分配给建筑物中的项目。

  a、单击调色板中的颜色或纹理。 b、在3D视图中移动鼠标时，悬停的功能将突出显示，显示所选材质的预览。 c、单击突出显示的功能会为其分配选定的材料。您可以根据需要单击任意数量的功能。 d、完成所选材质的操作后，右键单击3D视图，或在任何要素外部单击以退出材质模式。  

  凉亭5.1的新增功能：要选择自定义颜色，请在More调色板上单击。将打开一个对话框，您可以在其中指定自定义颜色。  

 

保存场景

  保存之前，在选用板上给您的建筑物起个名字。  

  在顶部菜单上，选择File，然后Save As（或按Ctrl+S）。将出现一个对话框，您可以在其中选择模型保存的位置。  

 

退出

  注意：一旦退出场景编辑器后，场景就不能够再次编辑了。   完成创建建筑物并保存之后，请转到File，然后单击Exit Building Editor，您的建筑物将显示在主窗口中。您可以在Insert标签中找到该场景。  

 

 

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ROSgazebo建模与仿真场景建模

原创文章作者：我是。。如若转载，请注明出处：古月居 https://www.guyuehome.com/22247

一、说明：

首先，Gazebo是个仿真软件，不是模型软件，但Gazebo需要依赖于许多模型；

Gazebo 能够以编程方式或通过 GUI 将模型动态加载到仿真中。 在您下载或创建模型之后，模型就存在于您的计算机上。 本教程描述了 Gazebo 的模型目录结构，以及模型目录中的必要文件。

Gazebo 中的模型定义了具有动态、运动学和视觉属性的物理实体。 此外，一个模型可能有一个或多个插件，这些插件会影响模型的行为。 一个模型可以代表任何东西，从简单的形状到复杂的机器人； 连地面都是模型。

Gazebo 依靠数据库来存储和维护可在模拟中使用的模型。 模型数据库是社区支持的资源，因此请上传和维护您创建和使用的模型。

二、模型数据库存储库

模型数据库是在此处找到的 GitHub 存储库。您可以使用以下方法克隆存储库：

   git clone https://github.com/osrf/gazebo_models

下文专门介绍 gazebo_models中的专属文件。

三、模型数据库结构

        模型数据库必须遵循特定的目录和文件结构。模型数据库的根目录包含每个模型的一个目录，以及一个包含模型数据库信息的 database.config 文件。每个模型目录还有一个 model.config 文件，其中包含有关模型的元数据。模型目录还包含模型的 SDF 以及任何材料、网格和插件。

        结构如下（在此示例中，数据库只有一个模型，称为 model_1）：

数据库

• database.config ：关于数据库的元数据。现在从 CMakeLists.txt 自动填充
• model_1 ：model_1 的目录
• model.config : 关于 model_1 的元数据
• model.sdf : 模型的 SDF 描述
• model.sdf.erb : Ruby 嵌入式 SDF 模型描述
• 网格：所有 COLLADA 和 STL 文件的目录
• material : 一个应该只包含纹理和脚本子目录的目录
• textures ：图像文件（jpg、png 等）的目录。
• scripts : OGRE 材料脚本的目录
• plugins：插件源和头文件的目录

插件目录
这是一个可选目录，其中包含模型的所有插件。

网格目录
这是一个可选目录，其中包含模型的所有 COLLADA 和/或 STL 文件。

材料目录
这是一个可选目录，其中包含模型的所有纹理、图像和 OGRE 脚本。 纹理图像必须放在textures 子目录中，而OGRE 脚本文件必须放在scripts 目录中。

四、数据库配置

这是模型数据库根目录中的 database.config 文件。 该文件包含模型的许可证信息、数据库的名称和所有有效模型的列表。

注意：只有在线存储库需要 database.config 文件。 本地计算机上的模型目录不需要 database.config 文件。

这个 database.config 的格式是：

<?xml version='1.0'?>
<database>
  <name>name_of_this_database</name>
  <license>Creative Commons Attribution 3.0 Unported</license>
  <models>
    <uri>file://model_directory</uri>
  </models>
</database>

<名称> ： 数据库的名称。 这由 GUI 和其他工具使用。

<许可证> ： 数据库中模型的许可证。 我们强烈推荐 Creative Commons Attribution 3.0 Unported 许可证。

<型号> ： 数据库中所有模型 URI 的列表。

<uri> ： 模型的 URI，这应该是 file://model_directory_name

五、模型配置

每个模型都必须在模型的根目录中有一个 model.config 文件，其中包含有关模型的元信息。

这个model.config的格式是：

<?xml version="1.0"?>

<model>
  <name>My Model Name</name>
  <version>1.0</version>
  <sdf version='1.5'>model.sdf</sdf>

  <author>
    <name>My name</name>
    <email>name@email.address</email>
  </author>

  <description>
    A description of the model
  </description>
</model>

<电子邮件> 必需， 作者的电子邮件地址。

<描述> 必填， 模型描述应包括：

        模型是什么（例如，机器人、桌子、杯子），  插件的作用（模型的功能）
<依赖> 可选，此模型的所有依赖项。 这通常是其他模型。

<型号> 可选，

<uri> 必需 ， 模型依赖的 URI。

<版本> 必需 ，模型的版本。

一. 添加传感器插件
（1）在rrbot.xacro中添加< link/>和< joint/>，内容如下：

<joint name="camera_joint" type="fixed">
    <axis xyz="0 1 0" />
    <origin xyz="${camera_link} 0 ${height3 - axel_offset*2}" rpy="0 0 0"/>
    <parent link="link3"/>
    <child link="camera_link"/>
  </joint>

  <!-- Camera -->
  <link name="camera_link">
    <collision>
      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
	<box size="${camera_link} ${camera_link} ${camera_link}"/>
      </geometry>
    </collision>

    <visual>
      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
	<box size="${camera_link} ${camera_link} ${camera_link}"/>
      </geometry>
      <material name="red"/>
    </visual>

    <inertial>
      <mass value="1e-5" />
      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
      <inertia ixx="1e-6" ixy="0" ixz="0" iyy="1e-6" iyz="0" izz="1e-6" />
    </inertial>
  </link>

上面是用于rviz加载
（2）在rrbot.gazebo中添加如下内容：

  <!-- camera -->
  <gazebo reference="camera_link">
    <sensor type="camera" name="camera1">
      <update_rate>30.0</update_rate>
      <camera name="head">
        <horizontal_fov>1.3962634</horizontal_fov>
        <image>
          <width>800</width>
          <height>800</height>
          <format>R8G8B8</format>
        </image>
        <clip>
          <near>0.02</near>
          <far>300</far>
        </clip>
        <noise>
          <type>gaussian</type>
          <!-- Noise is sampled independently per pixel on each frame.
               That pixel's noise value is added to each of its color
               channels, which at that point lie in the range [0,1]. -->
          <mean>0.0</mean>
          <stddev>0.007</stddev>
        </noise>
      </camera>
      <plugin name="camera_controller" filename="libgazebo_ros_camera.so">
        <alwaysOn>true</alwaysOn>
        <updateRate>0.0</updateRate>
        <cameraName>rrbot/camera1</cameraName>
        <imageTopicName>image_raw</imageTopicName>
        <cameraInfoTopicName>camera_info</cameraInfoTopicName>
        <frameName>camera_link_optical</frameName>
        <!-- setting hackBaseline to anything but 0.0 will cause a misalignment
            between the gazebo sensor image and the frame it is supposed to
            be attached to -->
        <hackBaseline>0.0</hackBaseline>
        <distortionK1>0.0</distortionK1>
        <distortionK2>0.0</distortionK2>
        <distortionK3>0.0</distortionK3>
        <distortionT1>0.0</distortionT1>
        <distortionT2>0.0</distortionT2>
        <CxPrime>0</CxPrime>
        <Cx>0.0</Cx>
        <Cy>0.0</Cy>
        <focalLength>0.0</focalLength>
      </plugin>
    </sensor>
  </gazebo>

<gazebo reference="camera_link">

首先这个link的名字必须与我们添加到xacro文件中的canera的link匹配。

<sensor type="camera" name="camera1">

其次传感器的名字必须是唯一的，除了在gazebo插件中，这个名字不能用在其它地方。

<update_rate>30.0</update_rate>

这是在仿真期间传感器尝试刷新的最大频率，但是当物理仿真速度快于传感器生成的速度时，它会低于这个目标值。

        <horizontal_fov>1.3962634</horizontal_fov>
        <image>
          <width>800</width>
          <height>800</height>
          <format>R8G8B8</format>
        </image>
        <clip>
          <near>0.02</near>
          <far>300</far>
        </clip>

上面的取值是与自身相机物理硬件的规格相匹配。而< near>和< far>表示的是相机可以看到物体的最近和最远距离。

<plugin name="camera_controller" filename="libgazebo_ros_camera.so">

这个是实际文件gazebo_ros/gazebo_ros_camera.cpp所要链接的。

        <cameraName>rrbot/camera1</cameraName>
        <imageTopicName>image_raw</imageTopicName>
        <cameraInfoTopicName>camera_info</cameraInfoTopicName>

这里定义的是相机发布的话题。对于rrbot，我们所要订阅的话题为：

/rrbot/camera1/image_raw
/rrbot/camera1/camera_info

二. 运行launch文件

roslaunch rrbot_gazebo rrbot_world.launch
roslaunch rrbot_description rrbot_rviz.launch

结果如下图：


运行rqt_graph，显示节点图：

可以看出gazebo和rviz中的机器人状态不一致。
此时加载的rrbot_world.launch的内容如下：

<launch>

  <!-- these are the arguments you can pass this launch file, for example paused:=true -->
  <arg name="paused" default="false"/>
  <arg name="use_sim_time" default="true"/>
  <arg name="gui" default="true"/>
  <arg name="headless" default="false"/>
  <arg name="debug" default="false"/>

  <!-- We resume the logic in empty_world.launch, changing only the name of the world to be launched -->
  <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">
    <arg name="world_name" value="$(find rrbot_gazebo)/worlds/rrbot.world"/>
    <arg name="debug" value="$(arg debug)" />
    <arg name="gui" value="$(arg gui)" />
    <arg name="paused" value="$(arg paused)"/>
    <arg name="use_sim_time" value="$(arg use_sim_time)"/>
    <arg name="headless" value="$(arg headless)"/>
  </include>

  <!-- Load the URDF into the ROS Parameter Server -->
  <param name="robot_description"
    command="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find rrbot_description)/urdf/rrbot.xacro'" />

  <!-- Run a python script to the send a service call to gazebo_ros to spawn a URDF robot -->
  <node name="urdf_spawner" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" respawn="false" output="screen"
    args="-urdf -model rrbot -param robot_description"/>

</launch>

rrbot_rviz.launch的内容如下：

<launch>
  <param name="robot_description"
    command="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find rrbot_description)/urdf/rrbot.xacro'" />

  <!-- send fake joint values -->
  <node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher">
    <param name="use_gui" value="true"/>
  </node>

  <!-- Combine joint values -->
  <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher"/>

  <!-- Show in Rviz   -->
  <node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" args="-d $(find rrbot_description)/launch/rrbot.rviz"/>

</launch>

对于添加激光雷达插件是一样的原理。

参考：
http://gazebosim.org/tutorials?tut=ros_gzplugins