第3章 几何与可视化
标签 · 导入外部模型 · 颜色与纹理
好，咱们直接进入正题。URDF 里怎么让机器人「看起来像那么回事」？说白了就靠三个东西：<geometry> 定义形状，<mesh> 把外部模型拽进来，<material> 给皮肤上色。我刚开始做机器人仿真时，觉得随便画个方块就能跑，后来发现——嗯，视觉上太丑，连调试心情都受影响。这一章我把压箱底的经验翻出来，咱们一次聊透。
3.1 <geometry> 标签：搭积木的基础
你想想看，URDF 里的每个 link 都得有个形状，不然仿真器里就是一团空气。<geometry> 支持三种原生体：box、cylinder、sphere。我个人习惯在原型阶段全用基本体，快，而且不容易出 bug。
<link name="base_link">
<visual>
<geometry>
<box size="0.4 0.3 0.1" />
</geometry>
</visual>
</link>box 的 size 是 xyz 半边长（注意是全长，不是半长）。cylinder 要指定 radius 和 length，sphere 只一个 radius。我在项目里遇到过一个问题：圆柱的 length 写成了直径，结果 Gazebo 里轮子直接陷进地面一半…… 所以记得，length 是高度，不是直径。
<cylinder> 代替 <box> 做轮子，因为圆柱的碰撞计算更稳定，不容易卡地形。
3.2 <mesh> 导入外部模型：让机器人有灵魂
基本体太单调？那就上 <mesh>。你可以把 SolidWorks、Blender 导出的 STL 或 Collada（.dae）文件塞进来。我一般用 STL 做碰撞，用 DAE 做可视化（因为 DAE 自带颜色）。
<link name="arm_link">
<visual>
<geometry>
<mesh filename="package://my_robot/meshes/arm.dae" scale="1.0 1.0 1.0" />
</geometry>
</visual>
</link>注意 filename 的路径写法。我推荐用 package:// 形式，这样不管你的包放在哪，ROS 都能找到。曾经有个同事直接把路径写进去，结果换台电脑模型全红…… 嗯，后来他老老实实改成了 package 路径。
| 格式 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| STL (.stl) | 通用、轻量、碰撞稳定 | 无颜色信息，二进制/ASCII混用 |
| Collada (.dae) | 支持颜色、纹理、材质 | 文件较大，有时导入会丢材质 |
| OBJ (.obj) | 带纹理坐标，可读性好 | URDF 官方不直接支持，需转DAE |
3.3 <material> 颜色与纹理：给机器人穿衣服
光有形状还不够，颜色对了才能一眼认出零件。<material> 可以定义在 link 内部，也可以单独拎出来作为全局资源。我通常把常用颜色放在 URDF 顶部，像调色板一样。
<material name="blue_metal">
<color rgba="0.2 0.4 0.9 1.0" />
</material>
<link name="chassis">
<visual>
<geometry>
<box size="0.5 0.4 0.2" />
</geometry>
<material name="blue_metal" />
</visual>
</link>rgba 四个值范围 0~1，不是 0~255。我见过有人写 rgba="255 0 0 1"，结果 Gazebo 里一片惨白…… 记住，0~1 归一化。
<material> 支持 <texture>，但 Gazebo 和 Rviz 的支持程度不一样。我个人的经验是：用 DAE 模型自带的纹理最稳，或者直接在模型文件里引用图片。如果你非要在 URDF 里写纹理，记得用 filename 属性指向 png/jpg。
再说一个细节：<material> 可以被子 link 继承吗？不行。每个 link 的 visual 都得显式指定 material。我一开始也以为会像 CSS 一样层叠，结果…… 机器人一半身子是透明的。所以，每个 visual 块都老老实实加上 <material> 吧。
3.4 可视化与碰撞的几何分离
这是很多新手忽略的点。URDF 里 <visual> 和 <collision> 可以完全不同。比如你有一个精细的 DAE 模型做视觉，但碰撞用一个简单的圆柱体，性能会好很多。
<link name="head">
<visual>
<geometry>
<mesh filename="package://bot/meshes/head.dae" />
</geometry>
</visual>
<collision>
<geometry>
<sphere radius="0.15" />
</geometry>
</collision>
</link>我做过一个机械臂项目，视觉模型有 2 万面，碰撞用 6 个球体包络，仿真速度直接翻倍。你想想看，何必让物理引擎去算那些螺丝孔的碰撞呢？