📚 课程目录第1章创建基础仿真环境

1. 创建基础仿真环境

任务说明

本案例目标是在 Isaac Sim 中创建一个可供后续强化学习训练使用的基础仿真环境：包含地面、一个简单障碍物，并完成物理引擎参数设置。最终通过 Python 脚本方式启动仿真，验证场景加载成功且物理模拟正常推进。

环境依赖

Isaac Sim 2023.1.0 或更新版本（基于 Omniverse Kit）
Python 3.10（Isaac Sim 内置环境）
无需额外 pip 包，使用 Isaac Sim 自带 API

实现代码

创建文件 create_basic_env.py，内容如下：

"""创建基础仿真环境：地面 + 障碍物 + 物理参数设置"""
from isaacsim import SimulationApp

# 启动仿真应用（必须在导入其他 Isaac Sim 模块之前）
sim_app = SimulationApp({"headless": False})

from omni.isaac.core import World
from omni.isaac.core.utils.stage import add_reference_to_stage
from omni.isaac.core.prims import RigidPrim
from omni.isaac.core.utils.prims import create_prim
from pxr import UsdPhysics, UsdLux, Gf, Sdf

# 创建 World 实例（自动加载默认 stage）
world = World(stage_units_in_meters=1.0)
stage = world.stage

# 设置物理引擎参数
physics_scene = UsdPhysics.Scene.Define(stage, Sdf.Path("/World/physicsScene"))
physics_scene.CreateGravityDirectionAttr().Set(Gf.Vec3f(0.0, 0.0, -1.0))
physics_scene.CreateGravityMagnitudeAttr().Set(9.81)
physics_scene.CreateEnableCCDAttr(True)  # 启用连续碰撞检测

# 添加地面（使用默认立方体拉伸为薄板）
ground_prim = create_prim(
    "/World/Ground",
    prim_type="Cube",
    position=[0, 0, -0.05],
    scale=[100, 100, 0.1],
    semantic_label="ground"
)
# 添加碰撞体
from omni.isaac.core.utils.collision import add_collision_to_prim
add_collision_to_prim(ground_prim)

# 添加简单障碍物（立方体）
obstacle_prim = create_prim(
    "/World/Obstacle",
    prim_type="Cube",
    position=[2.0, 0.0, 0.5],
    scale=[0.5, 0.5, 1.0],
    semantic_label="obstacle"
)
add_collision_to_prim(obstacle_prim)

# 添加光源（便于可视化）
light_prim = UsdLux.DistantLight.Define(stage, Sdf.Path("/World/DistantLight"))
light_prim.CreateIntensityAttr(500.0)

# 重置世界以应用物理参数
world.reset()

# 物理模拟步进验证
for _ in range(10):
    world.step(render=True)

# 输出验证信息
print("=== 环境创建完成 ===")
print(f"物理引擎: 重力 = {physics_scene.GetGravityMagnitudeAttr().Get()} m/s^2")
print(f"方向 = {physics_scene.GetGravityDirectionAttr().Get()}")
print(f"CCD 启用: {physics_scene.GetEnableCCDAttr().Get()}")
print("地面和障碍物已添加，物理模拟正常推进。")

# 保持窗口打开（headless=False 时）
if not sim_app.is_headless():
    import time
    time.sleep(3)  # 让用户观察场景

sim_app.close()

运行方式

# 在 Isaac Sim 的 Python 环境中运行
./python.sh create_basic_env.py
# 或使用 isaac-sim 的 conda 环境
conda activate isaac-sim
python create_basic_env.py

验证方法

可视化验证：运行后应看到 3D 视口显示一个大型灰色地面（薄板）和一个位于 (2,0,0.5) 处的立方体障碍物，场景有光照。
控制台输出：终端应打印重力数值为 9.81，方向为 (0,0,-1)，CCD 状态为 True。
物理推进验证：脚本执行 10 次物理步进无报错，说明物理引擎正常初始化。

常见问题

窗口不显示：确认 headless 参数为 False，且运行环境有图形界面。
碰撞不生效：检查是否调用了 add_collision_to_prim，地面和障碍物都需要碰撞体。
重力方向错误：Isaac Sim 使用 Z 轴向上，重力方向应为 (0,0,-1)。

本案例完成了一个最小可用的仿真环境搭建，后续案例可在此基础之上添加机器人模型和强化学习接口。