【Gazebo入门教程】第四讲 场景建模/建筑编辑器

文章目录

  • 【Gazebo入门教程】第四讲 场景建模/建筑编辑器
    • 一、场景编辑器
      • 1.1 打开方式：
      • 1.2 UI界面分析：
    • 二、导入平面图
      • 2.1 导入图片
      • 2.2 设置分辨率
    • 三、添加特征
      • 1. 创建墙壁
      • 2. 创建楼层
      • 3. 添加门窗和台阶
      • 4. 添加颜色和质地
    • 四、编辑与保存建筑
      • 1. 编辑建筑
      • 2. 保存建筑
  • 总结

前言：在先前的博客中，我们分别使用了Gazebo的模型编辑器（可视化方法）和SDF文件实现了对于机器人模型的建模，并简单添加了传感器进行仿真分析，想要进一步地进行实际仿真，就需要对于场景进行建模，创造出机器人所在的环境，本文从场景编辑器出发，介绍如何创建机器人的活动空间。

一、场景编辑器

1.1 打开方式：

（1）启动Gazebo，选择Edit，Building Editor；
（2）启动Gazebo，快捷键Ctrl+B；

1.2 UI界面分析：

\qquad 1. 调色板

左边绿色的是调色板，可以选择建筑物的特征和材质

\qquad 2. 2D视图

右上黄色的是2D视角，可以导入要描出的楼层平面图(可选)，并插入墙，窗，门和台阶

\qquad 3. 3D视图

右下红色的是3D视角，可以预览你的建筑物，你也可以在这里为建筑的不同部分分配颜色和纹理

二、导入平面图

2.1 导入图片

  • 场景建造：创建建筑有两种方法，即通过现有的图像作为模板进行设计，或者完全从零开始手动创建建筑场景，注意：此处的模板图像应尽量为激光扫描等清晰图像，此处以前者为例，图片如下：

  • 导入图像：
  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；

2.2 设置分辨率

  • 设置分辨率：

【目的：确保图像上的墙以正确比例显示，用像素/米设置图像分辨率，自行计算分辨率的方法如下；】

  1. 选择一段你知道真实世界长度的线，比如顶壁红框的距离为7.5米；
  2. 鼠标在墙的一端单击，水平移动鼠标至另一端，再点击一次（显示橙色线）；
  3. 设置Distance为真实世界距离，输入对话框，自动重新计算分辨率；
  4. 单击OK完成设置

三、添加特征

1. 创建墙壁

  • 绘制步骤：
  1. 在调色板上单击Wall；
  2. 在2D视图上，在任意墙角单击开始绘制墙体，随鼠标移动，墙的长度会自动显示；
  3. 再次单击取消绘制，进入相邻墙体绘制，使用Esc/双左击/右击完成取消绘制

  • 注意事项：
  1. 门窗会在后续步骤中添加，故墙壁绘制可以相对随意，还会进行细致的编辑处理；
  2. 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进行自由绘画。
  3. 没有使用调色板内特征时，可以点击2D视图内的特征并拖动进行微调；
  4. 选中某堵墙，2D视图中会橘黄色高亮该墙壁，继续左键双击，可以打开墙壁检查器Wall Inspector，对数据进行准确操作（修改墙的厚度、长、高等数据）

2. 创建楼层

  • 前提：继续添加高层楼层的前提是前一层的墙壁必须创建完毕，通过+添加楼层，并在2D视图中选中view指定楼层，其中当前选中楼层会在3D视图中呈半透明状，低层不透明，高层隐藏，效果如下；

  • 注意事项：
  1. 创建流程：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
  2. 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
  3. 建立新层时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。可以手动删除不需要的墙。

3. 添加门窗和台阶

（1）门窗

  • 绘制步骤：
  1. 在调色板上，点击Window或Door;
  2. 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
  3. 单击所需位置以放置特征。

  • 注意事项：
  1. 目前，门窗视为墙上的简单孔/洞；
  2. 将鼠标悬停在门上时，门窗会自动与墙壁对齐。移动时会显示到墙的末端的距离。
  3. 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，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。还可以使用热键来切换可见性，F对应floor和G对应特征；

（2）楼梯

  • 绘制步骤：
  1. 在调色面板上，单击Stairs；
  2. 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
  3. 单击所需位置以放置特征，在2D视图内放置后，双击打开台阶检查器Stairs Inspector可以更改属性。

4. 添加颜色和质地

  • 添加方法：两种方法，分别如下：

1. 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，随后打开检查器，选择材料，然后选择Apply完成

2. 从调色板中选择颜色和纹理，点击调色板内的任一特征，鼠标会变成对应特征，再移动鼠标至3D视图内进行编辑既可。添加完成之后，鼠标右键可以退出当前特征的选中：

  1. 单击调色板中的颜色或纹理
  2. 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
  3. 单击突出显示的功能会为其分配选定的材料，根据需要单击任意数量的功能
  4. 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

【注意：在高版本的Gazebo中可以通过点击调色板内的More可完成自定义颜色，但要注意目前不支持自定义材质，每个特征只能有一种颜色，和一种材质】

四、编辑与保存建筑

1. 编辑建筑

  • 楼层：
  1. 变更楼层：通过2D视图顶部的下拉列表选择对应楼层
  2. 编辑楼层：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
  3. 删除楼层：按2D视图顶部的-按钮删除当前层，或右键单击并选择Delete Level

  • 墙体（门窗操作类似）：
  1. 选中墙体：在2D视图中，单击要编辑的墙；
  2. 平移和旋转：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；
  3. 编辑墙体：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
  4. 删除墙体：选中你想要删除的墙体，按下Delete键，或在2D视图中右键单击墙体，选择Delete。

2. 保存建筑

  • 修改模型名称：在左上方的Model Name中
  • 保存步骤：
  1. 顶部工具栏点击File -> Save As(或者Ctrl + S)
  2. 保存时，会新建一个目录，该目录下存有.sdf和配置文件
  3. 在Advanced Options里，可以添加名称和描述

  • 后续操作：退出建筑编辑器后，进入模型编辑器，File ->Exit Building Editor，可以通过Insert标签中找到该场景并添加完成仿真；

总结

  • 内容分析：本篇博客主要介绍了在Gazebo中如何进行场景的建模，通过使用建筑编辑器，导入外部图像文件并手动创建墙体、门窗、楼层等结构，通过对建筑的编辑和创建完成机器人工作环境的设立，采用图文并盛的方式进行细致讲解，完成了创建机器人仿真环境的完整过程。

  • 注意：本文参考了Gazebo官方网站以及古月居中的Gazebo有关教程，主要目的是方便自行查询知识，巩固学习经验，无任何商业用途。

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