三 Gazebo学习总结之制作一个模型及导入网格

Models从简单的形状到复杂的机器人都有。它指的是<model>SDF标签，从本质上来说是links、joints、collision objects、visuals和plugins的集合，生成一个模型文件不一定依靠整体模型的复杂性，本文将介绍一些怎么生成模型的小窍门。

模型的组成部分：

Links：一个link包含了单个模型的物理属性，可能是一个轮子，或者是一个关节链中的一个link。每一个link包含许多碰撞（或冲突）元素和视觉元素，为了提高性能和稳定性要尽量减少links的数量。例如，一个桌子模型通过关节连接，可以由5个links组成（4条腿和1个桌面），但是，这过于复杂，特别是关节将不能移动，而我们可以用1个link和5个collision元素来创建一个桌子。

Collisions：碰撞元素封装了一个用于碰撞检测的几何结构，可以是一个简单的形状（首选），或者是一个三角形的网格（将消耗更多的资源），一个link可能包含许多个碰撞元素。

Visual：一个视觉元素被用于使link部分可视化，一个link包含0个或者多个视觉元素。

Inertial：惯性元素描述了link的动态属性，例如质量和矩阵转动惯量。

Sensor：传感器从world中搜集数据，用于插件的使用，一个link可能包含0个或多个传感器。

Joint：一个关节连接了两个link（环节），犹如parent和child的关系，是与其他参数例如旋转抽及关节限制建立在一起的。

Plugins：插件是由第三方为了控制模型而创建的一个共享库。

建立一个模型：

Step 1：集合网格

这一步涉及到为构建模型集合所需要的所有必要的3D网格文件，Gazebo提供了一组简单的形状：box，sphere和cylinder，如果你的模型需要更复杂的东西，请继续阅读。

网格来自于很多地方，Google的3D warehouse是一个很好的3D模型库，其次，你可能已经拥有了必要的文件，最后，你可以使用3D建模软件例如Blender和Sketchup来制作自己的网格。

Gazebo要求网格文件被转换为STL或者Collada格式，Collada为首选格式。

小窍门：1.使用3D建模软件移动每个网格，使它的中心在原点，这将使在Gazebo中的模型放置明显变得容易。

                2.Collada（.ada）文件格式允许将材料连接到网格，使用这个机制是为了提高网格的视觉外观。

                3.保持网格简单。尤其是如果计划使用网格作为碰撞元素，一个通用的做法是使用一个低多边形网格作为碰撞元素，和使用一个高多边形网格作为视觉。一个较好的做法是使用内置的形状（box，sphere，cylinder）作为碰撞元素。

Step2：创建模型SDF文件

从创建一个很简单的模型文件，或者复制一个存在的模型文件开始，关键的是要知道运行的（是什么）东西，或易于调试。

下面是一个只有单元大小形状，非常基本的最小box模型文件作为碰撞几何，和相同的单元惯性视觉的例子：

创建模型文件：

  vim box.sdf

复制以下内容到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的几何原点是在box的几何中心，因此为了这个box的底部能与地平面齐平，一个<pose>0 0 0.5 0 0 0</pose>的原点被添加，是为了在地平面上提高box。

小窍门：以上例子设定这个简单的box模型为静态的，使模型不能移动。在模型创造中这个特性是有用的，当开始创建模型时，如果你想你的模型是移动的，设置<static>标签为false。

Step3：添加以下特征到模型SDF文件

对于一个正在运行的.sdf文件，慢慢的开始添加更多的复杂性，对于每一个新添加的特征，使用图形客户端（ graphical client）重载模型，以确保model是正确的。

以下是一个很好的添加特征顺序：

a.增加一个link；

b.设定碰撞元素（collision element）；

c.设定视觉元素（visual element）；

d.设置惯性属性（inertial properties）；

e.返回a，直到所有的links都被添加；

f.增添所有的关节（joints，若有的话）

g.增添所有的插件（plugins，若有的话）

导入网格：

以下内容描述了如何将3D网格导入到Gazebo中，Gazebo使用了一个右手定则来确定坐标系，Z轴是向上垂直的（中指），X轴是向前指向屏幕的（大拇指），Y轴是指向左边（食指）。

减少复杂性：许多网格过于复杂，为了达到高效，一个有上千个三角形的网格应该被减少，或者划分为单独的网格；

中心网：第一步是设置网格中心在（0，0，0），确定向前的方向（可以是主观的）沿着X轴；

缩放网：Gazebo使用的是米制系统，许多网格（特别是3D warehouse）使用的是英制单位，使用最喜欢的3D编辑器去缩放网格为米制尺寸。

一旦网格被准备好，以Collada文件格式导入，这个格式将包含所有的3D信息和材料。

测试网格：最容易的测试网格的方法是创建一个名为my_world.world的简单world文件来载入网格，用网格的实际名称代替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>

然后，仅仅在文件所在的目录内运行Gazebo。

gazebo my_mesh.world

例如使用duck.dae和duck.png网格文件，把它们一起放在模型目录下面，或者与world文件放在同一个目录下面。由于duck网格被定义为Y轴向上，为了让它显示的是直立的，需要在sdf中设置一个旋转量。

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

结果如图：

本文靠自己理解，翻译而来，错误之处望不吝指教！！！