三 Gazebo學習總結之制作一個模型及導入網格

Models從簡單的形狀到複雜的機器人都有。它指的是<model>SDF标簽，從本質上來說是links、joints、collision objects、visuals和plugins的集合，生成一個模型檔案不一定依靠整體模型的複雜性，本文将介紹一些怎麼生成模型的小竅門。

模型的組成部分：

Links：一個link包含了單個模型的實體屬性，可能是一個輪子，或者是一個關節鍊中的一個link。每一個link包含許多碰撞（或沖突）元素和視覺元素，為了提高性能和穩定性要盡量減少links的數量。例如，一個桌子模型通過關節連接配接，可以由5個links組成（4條腿和1個桌面），但是，這過于複雜，特别是關節将不能移動，而我們可以用1個link和5個collision元素來建立一個桌子。

Collisions：碰撞元素封裝了一個用于碰撞檢測的幾何結構，可以是一個簡單的形狀（首選），或者是一個三角形的網格（将消耗更多的資源），一個link可能包含許多個碰撞元素。

Visual：一個視覺元素被用于使link部分可視化，一個link包含0個或者多個視覺元素。

Inertial：慣性元素描述了link的動态屬性，例如品質和矩陣轉動慣量。

Sensor：傳感器從world中搜集資料，用于插件的使用，一個link可能包含0個或多個傳感器。

Joint：一個關節連接配接了兩個link（環節），猶如parent和child的關系，是與其他參數例如旋轉抽及關節限制建立在一起的。

Plugins：插件是由第三方為了控制模型而建立的一個共享庫。

建立一個模型：

Step 1：集合網格

這一步涉及到為構模組化型集合所需要的所有必要的3D網格檔案，Gazebo提供了一組簡單的形狀：box，sphere和cylinder，如果你的模型需要更複雜的東西，請繼續閱讀。

網格來自于很多地方，Google的3D warehouse是一個很好的3D模型庫，其次，你可能已經擁有了必要的檔案，最後，你可以使用3D模組化軟體例如Blender和Sketchup來制作自己的網格。

Gazebo要求網格檔案被轉換為STL或者Collada格式，Collada為首選格式。

小竅門：1.使用3D模組化軟體移動每個網格，使它的中心在原點，這将使在Gazebo中的模型放置明顯變得容易。

                2.Collada（.ada）檔案格式允許将材料連接配接到網格，使用這個機制是為了提高網格的視覺外觀。

                3.保持網格簡單。尤其是如果計劃使用網格作為碰撞元素，一個通用的做法是使用一個低多邊形網格作為碰撞元素，和使用一個高多邊形網格作為視覺。一個較好的做法是使用内置的形狀（box，sphere，cylinder）作為碰撞元素。

Step2：建立模型SDF檔案

從建立一個很簡單的模型檔案，或者複制一個存在的模型檔案開始，關鍵的是要知道運作的（是什麼）東西，或易于調試。

下面是一個隻有單元大小形狀，非常基本的最小box模型檔案作為碰撞幾何，和相同的單元慣性視覺的例子：

建立模型檔案：

vim box.sdf      

複制以下内容到box.sdf:

<?xml version='1.0'?>
<sdf version="1.4">
<model name="my_model">
  <pose>0 0 0.5 0 0 0</pose>
  <static>true</static>
    <link name="link">
      <inertial>
        <mass>1.0</mass>
        <inertia>
          <ixx>1.0</ixx>
          <ixy>0.0</ixy>
          <ixz>0.0</ixz>
          <iyy>1.0</iyy>
          <iyz>0.0</iyz>
          <izz>1.0</izz>
        </inertia>
      </inertial>
      <collision name="collision">
        <geometry>
          <box>
            <size>1 1 1</size>
          </box>
        </geometry>
      </collision>
      <visual name="visual">
        <geometry>
          <box>
            <size>1 1 1</size>
          </box>
        </geometry>
      </visual>
    </link>
  </model>
</sdf>
           

注意：Box的幾何原點是在box的幾何中心，是以為了這個box的底部能與地平面齊平，一個<pose>0 0 0.5 0 0 0</pose>的原點被添加，是為了在地平面上提高box。

小竅門：以上例子設定這個簡單的box模型為靜态的，使模型不能移動。在模型創造中這個特性是有用的，當開始建立模型時，如果你想你的模型是移動的，設定<static>标簽為false。

Step3：添加以下特征到模型SDF檔案

對于一個正在運作的.sdf檔案，慢慢的開始添加更多的複雜性，對于每一個新添加的特征，使用圖形用戶端（ graphical client）重載模型，以確定model是正确的。

以下是一個很好的添加特征順序：

a.增加一個link；

b.設定碰撞元素（collision element）；

c.設定視覺元素（visual element）；

d.設定慣性屬性（inertial properties）；

e.傳回a，直到所有的links都被添加；

f.增添所有的關節（joints，若有的話）

g.增添所有的插件（plugins，若有的話）

導入網格：

以下内容描述了如何将3D網格導入到Gazebo中，Gazebo使用了一個右手定則來确定坐标系，Z軸是向上垂直的（中指），X軸是向前指向螢幕的（大拇指），Y軸是指向左邊（食指）。

減少複雜性：許多網格過于複雜，為了達到高效，一個有上千個三角形的網格應該被減少，或者劃分為單獨的網格；

中心網：第一步是設定網格中心在（0，0，0），确定向前的方向（可以是主觀的）沿着X軸；

縮放網：Gazebo使用的是米制系統，許多網格（特别是3D warehouse）使用的是英制機關，使用最喜歡的3D編輯器去縮放網格為米制尺寸。

一旦網格被準備好，以Collada檔案格式導入，這個格式将包含所有的3D資訊和材料。

測試網格：最容易的測試網格的方法是建立一個名為my_world.world的簡單world檔案來載入網格，用網格的實際名稱代替my_mesh.dae。

<?xml version="1.0"?>
<sdf version="1.4">
  <world name="default">
    <include>
        <uri>model://ground_plane</uri>
    </include>
    <include>
        <uri>model://sun</uri>
    </include>
    <model name="my_mesh">
       <pose>0 0 0  0 0 0</pose>
      <static>true</static>
      <link name="body">
        <visual name="visual">
          <geometry>
            <mesh><uri>file://my_mesh.dae</uri></mesh>
          </geometry>
        </visual>
      </link>
    </model>
  </world>
</sdf>
           

然後，僅僅在檔案所在的目錄内運作Gazebo。

gazebo my_mesh.world      

例如使用duck.dae和duck.png網格檔案，把它們一起放在模型目錄下面，或者與world檔案 放在 同一個目錄下面。由于duck網格被定義為Y軸向上，為了讓它顯示的是直立的，需要在sdf中設定一個旋轉量。

<visual name="visual">
  <pose>0 0 0  1.5708 0 0</pose>
  <geometry>
    <mesh><uri>file://duck.dae</uri></mesh>
  </geometry>
</visual>
           

結果如圖：

本文靠自己了解，翻譯而來，錯誤之處望不吝指教！！！