第三讲：Gazebo仿真世界搭建

各位同学，欢迎来到第三讲。上一讲我们把Nav2的框架搭起来了，但说实话，没有场景的机器人就像瞎子摸象。今天我们就来亲手搭建一个仿真世界——从零开始，用SDF格式创建静态世界，添加障碍物和墙壁，设置光照和地面纹理，最后再用Building Editor快速生成室内场景。

我个人习惯把仿真世界比作「机器人的幼儿园」。在这里，它要学习走路、避障、认路。世界搭得好不好，直接决定了后续导航算法的表现。我见过太多同学在仿真里跑得飞起，一上实车就翻车——原因往往就是仿真世界太「理想」了。

核心要点：仿真世界不是越复杂越好，而是越「真实」越好。真实意味着有光照变化、有纹理干扰、有合理的障碍物布局。

3.1 SDF格式：为什么选它？

SDF（Simulation Description Format）是Gazebo的原生格式。你可能会问：URDF不行吗？URDF当然可以，但它更偏向机器人本身的描述。SDF对场景、光照、物理属性支持更好。

说白了，URDF描述「机器人长什么样」，SDF描述「世界长什么样」。两者各司其职。

来看一个最简单的SDF世界文件：

<?xml version="1.0" ?>
<sdf version="1.6">
  <world name="my_world">
    <include>
      <uri>model://sun</uri>
    </include>
    
    <include>
      <uri>model://ground_plane</uri>
    </include>
  </world>
</sdf>

嗯，这里要注意：model://是Gazebo内置模型的路径。如果你有自己的模型，可以用file://指定本地路径。

我的经验：刚开始做仿真时，我总喜欢把所有东西写在一个文件里。后来发现维护起来太痛苦了。建议把地面、墙壁、障碍物拆成独立的SDF文件，用<include>引用。这样改一个障碍物位置，不用动整个文件。

3.2 添加障碍物与墙壁

静态世界最核心的就是障碍物。没有障碍物，导航算法就没法验证。我建议你从最简单的立方体开始，逐步增加复杂度。

下面是一个带墙壁和障碍物的世界示例：

<?xml version="1.0" ?>
<sdf version="1.6">
  <world name="warehouse">
    <include>
      <uri>model://sun</uri>
    </include>
    
    <!-- 地面 -->
    <include>
      <uri>model://ground_plane</uri>
    </include>
    
    <!-- 墙壁1：左侧墙 -->
    <model name="wall_left">
      <pose>-5 0 1 0 0 0</pose>
      <link name="body">
        <collision name="collision">
          <geometry>
            <box>
              <size>0.2 10 2</size>
            </box>
          </geometry>
        </collision>
        <visual name="visual">
          <geometry>
            <box>
              <size>0.2 10 2</size>
            </box>
          </geometry>
          <material>
            <ambient>0.8 0.8 0.8 1</ambient>
            <diffuse>0.8 0.8 0.8 1</diffuse>
          </material>
        </visual>
      </link>
    </model>
    
    <!-- 障碍物：一个箱子 -->
    <model name="box_obstacle">
      <pose>2 1 0.5 0 0 0</pose>
      <link name="body">
        <collision name="collision">
          <geometry>
            <box>
              <size>1 1 1</size>
            </box>
          </geometry>
        </collision>
        <visual name="visual">
          <geometry>
            <box>
              <size>1 1 1</size>
            </box>
          </geometry>
          <material>
            <ambient>0.2 0.5 0.8 1</ambient>
            <diffuse>0.2 0.5 0.8 1</diffuse>
          </material>
        </visual>
      </link>
    </model>
  </world>
</sdf>

你想想看，这里最关键的是什么？是<pose>标签。它定义了模型的位置和朝向。格式是：x y z roll pitch yaw。我刚开始经常搞混顺序，后来养成了习惯：先写位置，再写角度。

避坑指南：我曾经在项目里把障碍物的z坐标设成了0，结果它半截埋在地里。导航算法死活绕不过去，我还以为是路径规划有问题。排查了半天才发现是障碍物位置不对。记住：障碍物的z坐标应该是它高度的一半。

3.3 设置光照与地面纹理

光照和纹理看起来是「美化」工作，但实际上对导航影响很大。为什么？因为激光雷达和摄像头对光照敏感。仿真里的光照太均匀，实车上的传感器就会「不适应」。

来看一个带自定义光照和纹理的例子：

<!-- 自定义光照 -->
<light name="sun_light" type="directional">
  <pose>0 0 10 0 0 0</pose>
  <diffuse>1 0.95 0.9 1</diffuse>
  <specular>0.1 0.1 0.1 1</specular>
  <direction>-0.5 0.1 -1</direction>
  <attenuation>
    <range>100</range>
    <constant>0.9</constant>
    <linear>0.01</linear>
    <quadratic>0.001</quadratic>
  </attenuation>
  <cast_shadows>true</cast_shadows>
</light>

<!-- 地面纹理 -->
<model name="ground">
  <static>true</static>
  <link name="link">
    <collision name="collision">
      <geometry>
        <plane>
          <normal>0 0 1</normal>
          <size>20 20</size>
        </plane>
      </geometry>
    </collision>
    <visual name="visual">
      <geometry>
        <plane>
          <normal>0 0 1</normal>
          <size>20 20</size>
        </plane>
      </geometry>
      <material>
        <script>
          <uri>model://ground_plane/materials/scripts/ground_plane.material</uri>
          <name>GroundPlane/Grass</name>
        </script>
      </material>
    </visual>
  </link>
</model>

这里有几个关键参数：

参数	作用	我的建议
diffuse	漫反射颜色	别用纯白，稍微偏暖色更真实
direction	光照方向	模拟下午的阳光，角度别太垂直
cast_shadows	是否投射阴影	一定要开，否则传感器数据太假
地面纹理	视觉参考	用纹理能让视觉SLAM有更多特征点

小技巧：如果你想让地面纹理更丰富，可以自己制作Ogre材质脚本。我在一个仓储项目里，用棋盘格纹理做地面，这样机器人经过时能明显看到里程计的漂移——这对调试非常有帮助。

3.4 使用Building Editor创建室内场景

手动写SDF文件搭建复杂室内场景太累了。Gazebo自带的Building Editor就是干这个的。它是个图形化工具，你画墙、放门、加窗户，它自动生成SDF。

启动方法很简单：

gz building_editor

界面打开后，你会看到三个视图：俯视图、3D视图、属性面板。操作逻辑跟画图软件差不多：

画墙：点击「Wall」工具，在俯视图上点两个点，墙就出来了。按住Shift可以画直线。
加门：选中一段墙，右键选择「Add Door」。门的位置可以拖动调整。
加窗户：类似门，选中墙后添加。窗户高度可以调。
放家具：左侧模型库里有桌子、椅子、柜子，拖进去就行。
导出：画完后，File → Export as SDF。会生成一个.world文件和对应的模型文件夹。

导出后的文件结构是这样的：

my_building/
├── my_building.world
└── models/
    └── my_building/
        ├── model.sdf
        └── model.config

你只需要把my_building.world里的内容复制到你的世界文件中，或者直接用gz sim my_building.world启动。

注意：Building Editor导出的模型默认是静态的。如果你想让门可以动（比如作为可开关的门），需要手动修改SDF，添加<joint>标签。这个我们后面讲动态世界时会详细说。

知识体系总览

下面这张图总结了本章的核心逻辑：

这张图把本章的知识点串起来了。你会发现，四个分支最终都指向同一个目标：搭建一个真实、可复用的仿真测试环境。SDF是基础，障碍物和墙壁是内容，光照和纹理是真实感，Building Editor是效率工具。

我个人建议的学习顺序是：先手动写一个简单的SDF世界，理解每个标签的含义。然后用Building Editor快速生成复杂场景。最后再回头手动调整细节——比如光照角度、纹理贴图。这样既有深度，又有广度。

好了，这一讲的内容就到这里。记住：仿真世界是你的试验田，花时间把它搭好，后续的导航调试会事半功倍。

📚 课程目录

第三讲：Gazebo仿真世界搭建

3.1 SDF格式：为什么选它？

3.2 添加障碍物与墙壁

3.3 设置光照与地面纹理

3.4 使用Building Editor创建室内场景

知识体系总览