1. 源由

在仿真环境添加角色(人、物等)，并为之创建脚本动画，可以使得模拟更加贴合实际应用场景，从而验证自动驾驶，避障等相关程序逻辑。

这些仿真内容将被RGB摄像头看到，进而通过ROS节点接收，通过图形算法进行分析，做出相应判断、动作实现自动驾驶等高级应用功能。

而仿真环境最重要的一点就是为此提供一个验证平台，从而更高效的验证逻辑算法的正确性。

2. Actors简介

在Gazebo环境下，两种类型Actors：

• Skeleton animation
• Trajectory animation(Combined)

注：Gazebo Sim 支持两种不同的骨骼动画文件格式：COLLADA (.dae) 和 Biovision Hierarchy (.bvh)。

角色具有以下属性：

• 不受任何力的作用，无论是来自重力、接触还是其他任何来源。
• 角色支持从COLLADA (.dae)和BVH (.bvh)文件导入的骨骼动画。
• 角色可以在SDF中直接编写轨迹脚本。

3. Skeleton

打开empty.sdf，并添加一个名为 actor_walking 的角色，如下所示：

<actor name="actor_walking"><skin><filename>https://fuel.gazebosim.org/1.0/Mingfei/models/actor/tip/files/meshes/walk.dae</filename><scale>1.0</scale></skin><animation name="walk"><filename>https://fuel.gazebosim.org/1.0/Mingfei/models/actor/tip/files/meshes/walk.dae</filename><interpolate_x>true</interpolate_x></animation>
</actor>

3.1 Skin

• 在 <skin> 标签中，加载了一个 COLLADA 文件 walk.dae，该文件指定了我们的角色的外观。当在 <skin> 标签中使用 COLLADA 文件时，其动画也会被加载。
• <scale> 用于调整皮肤的大小。

3.2 Animation

• 在 <animation> 标签中，我们使用 <filename> 标签指定我们的角色如何移动。
• <interpolate_x> 用于在跟随轨迹时在路径点之间插值动画。将其设置为 true 可以实现更真实和流畅的动画。

4. Scripted trajectory

脚本动画，它包括指定在特定时间要达到的一系列姿势。Gazebo Sim 负责在这些姿势之间插值运动，使运动流畅。

4.1 脚本参数

    <script><loop>true</loop><delay_start>0.000000</delay_start><auto_start>true</auto_start>

脚本在 <actor> 标签内定义。在 <script> 标签中可用以下参数：

• loop：设置为 true 时，脚本将重复循环。为了实现流畅的连续运动，请确保最后一个路径点与第一个路径点匹配，正如我们将要做的那样。
• delay_start：这是脚本开始前等待的时间（以秒为单位）。如果在循环运行中，则每个循环开始前都将等待这段时间。
• auto_start：设置为 true 时，动画将在仿真开始播放时立即开始。如果希望动画仅在被插件触发时开始播放，则可以将其设置为 false。

4.2 轨迹移动

轨迹定义为一系列路径点：

        <trajectory id="0" type="walk" tension="0.6"><waypoint><time>0</time><pose>0 0 1.0 0 0 0</pose></waypoint><waypoint><time>2</time><pose>2.0 0 1.0 0 0 0</pose></waypoint><waypoint><time>2.5</time><pose>2 0 1.0 0 0 1.57</pose></waypoint><waypoint><time>4</time><pose>2 2 1.0 0 0 1.57</pose></waypoint><waypoint><time>4.5</time><pose>2 2 1.0 0 0 3.142</pose></waypoint><waypoint><time>6</time><pose>0 2 1 0 0 3.142</pose></waypoint><waypoint><time>6.5</time><pose>0 2 1 0 0 -1.57</pose></waypoint><waypoint><time>8</time><pose>0 0 1.0 0 0 -1.57</pose></waypoint><waypoint><time>8.5</time><pose>0 0 1.0 0 0 0</pose></waypoint></trajectory></script>

在 <trajectory> 标签内，我们定义了一系列路径点供角色跟随。<trajectory> 有三个属性：id、type 和 tension。

• type 应与 <animation> 标签的 name 属性中指定的值相同。因此，在本例中它被指定为 walk。
• tension 参数用于控制轨迹与给定路径点的贴合程度。默认的 tension 值为零，相当于 Catmull-Rom 样条，这可能会导致动画超越路径点。tension 值为一将使动画紧贴路径点。tension 值应在 0 到 1 的范围内。

在 <trajectory> 标签下，我们定义以下内容：

• waypoint：轨迹中可以有任意数量的路径点。每个路径点由时间和姿态组成：
  • time：从脚本开始计时，表示到达该姿态的时间（以秒为单位）。
  • pose：相对于初始角色姿态应该达到的姿态。

5. 简单测试

• 路径点定义的顺序并不重要，它们将按照给定的时间顺序执行; 定义在 下。
• 轨迹作为一个整体被平滑处理。这意味着Gazebo做了平滑插值处理，但路径点中包含的确切姿态可能不会完全达到。

$ gz sim actor_demo.sdf

测试资料：[SnapLearnGazebo/lesson_03_actors}(https://github.com/SnapDragonfly/SnapLearnGazebo/tree/main/lesson_03_actors)

6. 参考资料

【1】ArduPilot开源代码之ROS2Humble+CartographerSLAM+SITL+Gazebo
【2】ArduPilot飞控之Gazebo + SITL + MP的Jetson Orin环境搭建
【3】ArduPilot飞控之ubuntu22.04-Gazebo模拟
【4】PX4模块设计之七：Ubuntu 20.04搭建Gazebo模拟器