Webots简介

简介

Webots是一款专业的物理仿真软件，被广泛运用在机器人仿真实践控制算法中，2018年12月该软件宣布开源。

Webots最初采用C进行编程，至今已经实现提供C、C++、Python、Java、Matlab接口的API进行仿真控制器。同时它提供了对应的ROS和ROS2功能包用于实现相关的节点接口。

学习资源汇总

Webots开源于2018年，国内相关的教程资源较少且由于软件尚处于开发阶段，各个版本的功能大相径庭，致使软件的学习成本较高，推荐参看官方手册进行学习。本笔记基于Webots2023a版本进行记录。

Webots Node

环境节点

WorldInfo

节点说明

WorldInfo节点用于设置仿真世界的基础信息，节点的官方文档内容如下：Worldinfo

该节点的属性如下：

WorldInfo {
  SFString title                          ""         # any string
  MFString info                           [ ]        # any string
  SFString window                         "<none>"   # any string
  SFFloat  gravity                        9.81       # [0, inf)
  SFFloat  CFM                            0.00001    # (0, inf)
  SFFloat  ERP                            0.2        # [0, 1]
  SFString physics                        "<none>"   # any string
  SFFloat  basicTimeStep                  32         # [1, inf)
  SFFloat  FPS                            60         # [1, inf)
  SFInt32  optimalThreadCount             1          # [1, inf)
  SFFloat  physicsDisableTime             1          # [0, inf)
  SFFloat  physicsDisableLinearThreshold  0.01       # [0, inf)
  SFFloat  physicsDisableAngularThreshold 0.01       # [0, inf)
  SFNode   defaultDamping                 NULL       # {Damping, PROTO}
  SFFloat  inkEvaporation                 0          # [0, inf)
  SFString coordinateSystem               "ENU"      # {"ENU", "NUE", "EUN"}
  SFString gpsCoordinateSystem            "local"    # {"WGS84", "local"}
  SFVec3f  gpsReference                   0 0 0      # any vector
  SFFloat  lineScale                      0.1        # [0, inf)
  SFFloat  dragForceScale                 30.0       # (0, inf)
  SFFloat  dragTorqueScale                5.0        # (0, inf)
  SFInt32  randomSeed                     0          # {-1, [0, inf)}
  MFNode   contactProperties              []         # {ContactProperties, PROTO}
}

常用属性

  • title： 世界名，用于描述此仿真世界的用处

  • info：世界说明，详细说明仿真的功能

  • gravity：仿真世界重力加速度，修改此属性可用于仿真月球、宇宙等环境

  • coordinateSystem：定义全局坐标系，影响加速度计、GPS、等设备的返回值

    • ENU：东北天坐标系，沿X正轴向东，沿Y正轴向北，沿Z正轴向天
    • NUE：沿X正轴向北，沿Y正轴向天，沿Z正轴向东
    • EUN：沿X正轴向东，沿Y正轴向天，沿Z正轴向北

  • gpsCoordinateSystem：GPS设备参考坐标系

    • WGS84：返回设备所在的经纬度及海拔高度
    • local：返回相对世界坐标系的位置

  • gpsReference：GPS参考点

    • 若gpsCoordinateSystem设置为WGS84，则参数表示为纬度、经度、海拔，单位为十进制度数和米
    • 若gpsCoordinateSystem设置为local，则参数表示为三轴上的坐标，单位为米

  • randomSeed：世界随机种子，应设置为非负数或-1（表示根据时间进行设置）。该参数将影响仿真传感器的噪声等，通过配置此参数可使得仿真效果被重现。

Viewpoint

节点说明

Viewpoint节点定义了用户查看仿真世界的视角，官方文档说明如下：Viewpoint

该节点的属性如下：

Viewpoint {
  SFFloat    fieldOfView             0.785398         # [0, pi]
  SFRotation orientation             0 0 1 0          # unit axis, (-inf, inf) angle
  SFVec3f    position                -10 0 0          # any vector
  SFString   description             ""               # any string
  SFFloat    near                    0.05             # [0, far]
  SFFloat    far                     0.0              # [near, inf)
  SFFloat    exposure                1.0              # [0, inf)
  SFString   follow                  ""               # any string
  SFBool     followType              "Tracking Shot"  # {"None", "Tracking Shot", "Mounted Shot", "Pan and Tilt Shot"}
  SFFloat    followSmoothness        0.5              # [0, 1]
  SFNode     lensFlare               NULL             # {LensFlare, PROTO}
  SFFloat    ambientOcclusionRadius  2                # [0, inf)
  SFFloat    bloomThreshold          10               # [0, inf)
}

常用属性

  • fieldOfZView：视窗视角大小，单位为弧度制。小视角意味着长焦，大视角则代表广角

  • orientation和position：视窗在坐标系内的位姿设置，可通过鼠标在仿真世界内拖拽而直接修改。

  • follow：可设置视窗跟随指定物体进行移动，用于填写物体名称

    • 填写物体时，应从根节点开始写；
    • 使用:连接父节点和子节点；
    • 若节点名称包括:则用\:进行转义
    • 例如robot:second\:solid:target\solid表示follow的对象为robot下second:solid下的target\solid

  • followType：设置视窗跟随follow的方式

    • None：视窗不变
    • Tracking Shot：视窗随对象平移
    • Mounted Shot：视窗随对象进行偏移和旋转（当需要展示从机器人内部向外观察时较好，例如车窗内）
    • Pan and Tilt Shot：视窗始终看向对象中心

  • followSmoothness：设置视窗跟随follow的平滑程度，仅在followType设置为Tracking Shot时有用，值越高移动约平滑

视角跟随的配置可直接在仿真世界中点击所需跟踪的物体后，直接在菜单栏 -> 查看 -> 追随物体中进行设置跟踪方式。

Background

节点说明

TexturedBackgroud和TexturedBackgroundLight节点分别用于设置背景图和环境光

TexturedBackgroud

该节点用于设置背景图，属性如下：

  • texture：背景图，根据需求在下拉菜单中进行选择

  • luminosity：背景亮度

  • skyColor：背景颜色，RGB值

-skybox：若设置为True则背景显示为texture中设置的内容，反之则显示设置的skyColor

TexturedBackgroundLight

  • texture：环境光类型，根据需求在下拉菜单中进行选择

  • luminosity：亮度

  • castShadows：设置为True则显示物体的阴影

特征节点