2. 场景构建基础
好，我们正式开始搭建仿真场景。这一章是地基，地基打不牢，后面传感器渲染和数据采集全都会跑偏。我个人习惯在动手前先把整个流程理一遍，你想想看，场景构建说白了就四步：把东西放进来、摆对位置、让它好看、让它能动。咱们一个一个来。
本章核心脉络：USD资产导入 → 坐标系对齐 → 变换操作 → 材质与光照 → 物理属性绑定。每一步都直接影响传感器数据的真实性。
2.1 导入USD资产——把东西请进场景
Isaac Sim 原生支持 USD（Universal Scene Description）格式。你可以直接拖拽 .usd、.usda、.usdc 文件到 Viewport 窗口，或者用菜单栏 File → Open 打开。我建议你养成用 Content 面板 的习惯，它就像文件管理器，能预览缩略图，拖拽时还能选择导入方式。
我的经验：从 Omniverse 库拖资产时，优先选 "Add as Reference" 而不是 "Add as Payload"。Reference 会保留原始文件的链接，场景文件体积小，更新源文件时场景会自动同步。Payload 会把数据嵌入当前场景，适合离线打包。
导入后，你会在 Stage 面板看到资产层级。USD 的层级结构很像文件夹，每个 Prim（基本元素）都可以有子 Prim。比如一个机器人模型，根节点下会有 /robot/chassis、/robot/arm、/robot/sensor 等。
# 在 Stage 面板中典型的资产层级
/Robot
/chassis
/mesh_chassis
/material_chassis
/arm
/joint_1
/joint_2
/sensor
/camera_rgb
/lidar_front注意：导入的资产如果带有中文路径或特殊字符，Isaac Sim 有时会报错。我曾经因为这个排查了半天，后来把所有资产路径改成英文+下划线，问题就解决了。建议你从一开始就规范命名。
2.2 坐标系与变换——摆对位置是门学问
Isaac Sim 使用 右手坐标系，Y 轴向上。这和很多游戏引擎（比如 Unity 的 Y 轴向上）一致，但和 ROS 的 Z 轴向上不同。你导入的资产如果来自不同工具，坐标系可能不匹配。
举个例子，我从 SolidWorks 导出的模型，默认 Z 轴向上。放进 Isaac Sim 后整个模型是躺着的。怎么办？
选中根 Prim，在 Transform 属性里调整旋转值：Rotation: (90, 0, 0) 就能把 Z-up 转成 Y-up。或者更省事，在导入时用 USD Composer 的 "Up Axis" 选项自动转换。
| 坐标系来源 | 向上轴 | Isaac Sim 中修正方式 |
|---|---|---|
| SolidWorks / CAD | Z 轴 | 旋转 (90, 0, 0) 或导入时选 Y-up |
| Blender | Z 轴 | 导出时选 Y-up，或导入后旋转 |
| ROS / URDF | Z 轴 | 使用 URDF 导入器自动转换 |
| Unreal Engine | Z 轴 | 导入后旋转 (90, 0, 0) |
变换操作（Translate / Rotate / Scale）可以直接在 Viewport 用 Gizmo 拖拽，也可以在 Property 面板 输入精确数值。我个人习惯先用 Gizmo 粗调，再用数值精调。比如把传感器放在机器人顶部，我会先拖到大概位置，然后输入 Translate Z = 0.85 精确到厘米级。
关键点：变换是相对于父级 Prim 的。如果你移动了父节点，所有子节点会跟着动。所以规划层级时，把静态部分和动态部分分开，比如底盘是静态，机械臂关节是动态。
2.3 材质与光照基础——让场景"看起来"真实
材质和光照直接影响传感器渲染的质量。你想想看，如果材质颜色不对，RGB 相机采集的数据就是错的；如果光照太暗，深度相机可能产生大量噪点。
Isaac Sim 使用 MDL（Material Definition Language） 材质系统。选中一个 mesh，在 Material 面板 点击 "Create Material"，选择预设材质，比如 OmniPBR（基于物理的渲染）。
常用的材质参数：
- diffuse_color：漫反射颜色，决定物体本色
- roughness：粗糙度，0 是镜面，1 是完全粗糙
- metallic：金属度，0 是非金属，1 是金属
- specular：高光强度
光照方面，我推荐用 Dome Light 做环境光，它用 HDR 贴图模拟真实天空。再加一个 Rect Light 做主光源，模拟太阳或室内顶灯。设置方法：
- 菜单 Create → Light → Dome Light
- 在 Property 面板加载一张 .hdr 贴图（Isaac Sim 自带了几张，在
/Isaac/Environments下） - 再创建 Rect Light，调整位置和强度（Intensity 建议从 500 开始试）
避坑指南：我曾经用了一张过曝的 HDR 贴图，结果深度相机采集的数据全是 0。后来发现是光照太强导致传感器饱和。建议你先用默认的 industrial_warehouse.hdr 测试，确认传感器正常后再换自定义贴图。
2.4 物理属性设置——让场景"动"起来
如果你的场景需要物体之间有碰撞、重力、关节运动，那就得设置物理属性。Isaac Sim 的物理引擎基于 PhysX，设置入口在 Physics 面板。
给物体添加物理属性的步骤：
- 选中 Prim，在 Property 面板 点击 Add Physics Properties
- 选择 Collision（碰撞体），让物体能被检测到
- 如果需要重力影响，添加 Rigid Body（刚体）
- 如果是关节，添加 Joint，比如 Revolute Joint（旋转关节）或 Prismatic Joint（滑动关节）
物理参数对比：
| 属性 | 作用 | 典型值 |
|---|---|---|
| Collision | 启用碰撞检测 | 默认开启 |
| Rigid Body | 受重力影响，可被推动 | 质量 1.0 kg |
| Revolute Joint | 绕轴旋转（如车轮） | 角度范围 -180~180 |
| Prismatic Joint | 沿轴滑动（如升降台） | 行程范围 0~1.0 m |
| Friction | 表面摩擦力 | 0.5（默认） |
注意：物理属性设置后，一定要点击 Play 按钮启动仿真，才能看到效果。我见过不少新手设置完属性后干等，以为没生效。记住，Isaac Sim 是实时仿真，不点 Play 物理引擎不工作。