ROS中的Gazebo仿真教程03-Self-disciplined,Self-Motivated

本文主要介绍一些Gazebo组织架构相关的文件以及库类。

01 文件和插件

运行一个带有移动小车(pioneer2dx)的Gazebo环境

$ gazebo worlds/pioneer2dx.world

环境文件通常位于版本化的系统路径下，比如/usr/share/gazeb0-7/worlds

查看worlds

$ ls /usr/share/gazeb0-7/worlds

Gazebo启动运行命令gazebo实际上运行了两个可执行程序，分别是客户端gzclient和服务器gzserver

服务器gzserver:物理循环更新，生成传感器数据，读取world文件生成和输入环境

启动和调用
```
$ gzserver <world_name>
```
world_name:
- 相对当前路径，或相对GAZEBO_RESOURCE_PATH变量中的某个路径
- 绝对路径，/usr/share/gazeb0-7/worlds/empty_sky.world
客户端gzclient:运行一个基于QT的用户接口，仿真的可视化，控制仿真属性

world文件一般包含机器人、光源、静态物体等的属性信息，属于格式化的仿真描述格式SDF文件。

模型文件也是一种格式化的仿真描述格式SDF文件，它有且只有一组<model>...</model>标签。模型文件可以在world文件中调用。调用语法如下（SDF语法）：

<include>
  <uri>model://model_file_name</uri>
</include>

Github上的Gazebo在线模型库：osrf/gazebo_models，支持在Gazebo运行过程中加载在线模型。

插件Plugins提供了一种简单与Gazebo对接的机制，可以通过写命令行加载，也可以用SDF文件定义，加载过程中前者优先级更高。

Server插件

$ gzserver -s <plugin_filename>

-s参数选项表示系统插件(a system plugin) <plugin_name>是GAZEBO_PLUGIN_PATH中插件共享库的名称比如，运行RestWebPlugin插件
$ gzserver --verbose -s libRestWebPlugin.so

Client插件

$ gzclient -g <plugin_filename>

Gezebo7及以前版本：用-g参数加载GUI Plugin

Gazebo8及以后版本：用参数--gui-client-plugin参数加载GUI插件

比如，要运行TimeGUIPlugin
$ gzclient --gui-client-plugin libTimerGUIPlugin.so
更多相关内容参考For more information refer to the plugins overview page.

02 环境变量

环境变量可以定位文件，建立客户端和服务器之间的联系。

GAZEBO_MODEL_PATH: 逗号分隔的路径目录集合，用于Gazebo搜索模型 GAZEBO_RESOURCE_PATH: 逗号分隔的路径目录集合，用于Gazebo搜索world环境或媒体文件 GAZEBO_MASTER_URI: URI of the Gazebo master，用于给定服务器入口IP和端口，以供客户端连接。 GAZEBO_PLUGIN_PATH: 逗号分隔的路径目录集合，用于Gazebo搜索插件共享库 GAZEBO_MODEL_DATABASE_URI: 在线模型数据库的URI，用于Gazebo下载在线模型

以上环境变量的默认值可以在<install_path>/share/gazebo/setup.bash这个脚本文件中看到

如果需要作出修改，比如扩展搜索模型的路径，首先应该source环境变量（source <install_path>/share/gazebo/setup.sh)，然后再修改setup.bash中的默认变量值。

Gazebo8开始使用Ignition Transpor¹library进行进程间通信，一些功能是基于该开源通信库实现的，比如标志参照(markers)和绘图功能，这些功能还与下面的环境变量相关：

IGN_PARTITION: Ignition Transport nodes节点的分区名(partition name)

IGN_IP: Similar to GAZEBO_MASTER_URI，但是面向的是Ignition Transport nodes

IGN_VERBOSE: Show debug information from Ignition Transport

更多相关内容参考Ignition Transport Tutorials

03 Gazebo架构介绍

Gazebo是分布式架构，各种单独的文件库，可用于物理仿真、模型渲染、用户接口和通信感知等。

Gazebo服务器和客户端通过通信库进行通信。

3.1 进程间通信

采用开源的Google Protobuf²数据编解码协议，用于将消息序列化

采用boost::ASIO异步输入输出的传输机制

支持发布/订阅的通信范式

Gazebo PS Communication

3.2 系统组成

Gazebo Master：本质是一个话题（a topic name server)，名称查询和话题管理

通信库Communication Library：

依赖项dependencies: Protobuf和boost::ASIO
外部API：支持在命名话题上的Gazebo节点同通信
内部API：None
Advertized Topics
Subscribed Topics

目前只支持发布/订阅的通信方式。

物理库Physics Library:

依赖项：动力引擎（带有内部碰撞检测）
外部API：提供一个简单而又通用的物理仿真接口
内部API：定义了可以给第三方动态引擎使用的物理库的基本接口

物理库提供一个简单而又通用的物理仿真接口，包括刚体、碰撞形状、用于表征链式约束的关节。该接口集成了4个开源物理引擎：

ODE（Open Dynamics Engine）
BUllet(Bullet)
Simbody(Simbody)
DART(Dynamic Animation and Robotics Toolkit (DART))

通过这些物理引擎，用户可以加载XML格式的SDF模型文件，可以方便的使用集成的算法和仿真功能。

渲染库：

依赖：OGRE
外部API：创建和初始化场景
内部API：存储可视化元数据，调用OGRE API渲染3D scenes（包括GUI和传感器库）

渲染库包括光线、纹理和天空仿真，可以为渲染引擎写插件。

传感器生成库

依赖项：渲染库、物理库
外部API：初始化和运行传感器的功能
内部API：TBD

传感器生成库可以运行各种传感器，从物理仿真器中监听世界状态更新，产生输出。

GUI库

依赖项：渲染库、Qt
外部API：None
内部API：None

GUI基于Qt创建用于与仿真进行交互的图形组件，提供传感器数据可视化和日志记录工具。

插件库：物理库、渲染库和传感器生成库都支持插件，这些插件可以让用户不通过使用通信系统就可以访问这些库(物理库、渲染库和传感器生成库)。

Reference

Gazebo’s worlds and Client/Server Separation

Footnotes

Ignition Transport，一款开源通信库，是Ignition Robotics的一款组件，提供快速有效的异步消息传递、服务和数据日志等功能。 ↩︎
Google Protobuf是一种平台无关,语言无关的结构化数据编解码协议,类似JSON或者XML,与这两者不同的是Protobuf采用的是二进制编解码方式,二JSON和XML是文本编解码 ↩︎

「真诚赞赏，手留余香」

ROS中的Gazebo仿真教程03

Gazebo的world、server/client、plugin、环境变量和架构

01 文件和插件

02 环境变量

03 Gazebo架构介绍

3.1 进程间通信

3.2 系统组成

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