角色动画（Actors）

本教程介绍如何向世界（World）中添加 角色（actor），以及如何创建脚本化动画（scripted animation）。可在此处查看本教程最终的仿真世界。

如果希望实体在仿真中沿预定路径运动而不受物理影响，动画就非常有用。这类实体不会因重力而掉落，也不会与其他对象碰撞，但仍然拥有 3D 可视化外观，能被 RGB 相机看到；也有 3D 网格（mesh），能被基于 GPU 的传感器检测到。本教程介绍如何创建与仿真其余部分互不交互的开环（open-loop）轨迹。

角色（Actor）

在 Gazebo Sim 中，动画模型被称为 角色 (actor)。

动画分为两种类型，可以单独使用，也可以组合使用：

骨骼动画（skeleton animation），即模型内各链接之间的相对运动：

骨骼动画

轨迹动画（trajectory animation），即让 actor 的所有链接作为一个整体沿一条轨迹在世界中运动：

轨迹动画

组合使用，实现一个在世界中移动的骨骼动画：

组合动画

Actor 具有以下属性：

它们不受任何力的作用，无论是重力、接触力还是其他任何力
Actor 支持从 COLLADA (.dae) 和 BVH (.bvh) 文件导入的骨骼动画。
Actor 可以在 SDF 中直接编写轨迹脚本。

可在此处查看 <actor> SDF 元素的完整规范。

骨骼（Skeleton）

Gazebo Sim 支持两种骨骼动画文件格式：COLLADA (.dae) 和 Biovision Hierarchy (.bvh)。

打开任意世界，例如 empty.sdf 世界，并按如下方式添加一个名为 actor_walking 的 actor：

<actor name="actor_walking">
    <skin>
        <filename>https://fuel.gazebosim.org/1.0/Mingfei/models/actor/tip/files/meshes/walk.dae</filename>
        <scale>1.0</scale>
    </skin>
    <animation name="walk">
        <filename>https://fuel.gazebosim.org/1.0/Mingfei/models/actor/tip/files/meshes/walk.dae</filename>
        <interpolate_x>true</interpolate_x>
    </animation>
</actor>

皮肤（Skin）

<skin> 标签中加载的 COLLADA 文件 walk.dae 指定了 actor 的外观。COLLADA 文件用于 <skin> 标签时，其动画也会一并加载。<scale> 用于缩放皮肤尺寸。

动画（Animation）

在 <animation> 标签中，通过 <filename> 标签指定 actor 的运动方式。<interpolate_x> 用于在沿轨迹运动时在路点（waypoint）之间插值动画。设为 true 可获得更真实、更平滑的动画。只要骨骼兼容，即可将不同的皮肤与不同的动画组合。运行世界后，应能看到模型在移动。

使用 skin 标签加载的 actor

注意：可在 Gazebo Fuel 上找到许多 actor 和模型。

脚本化轨迹（Scripted trajectory）

这是 actor 的顶层动画，需要指定一系列在特定时间到达的位姿（pose）。Gazebo Sim 负责在路点之间插值运动，使动作流畅。

在 X 轴上有位移的动画（如 walk.dae）会在沿轨迹运动时播放骨骼动画；但对于没有位移的动画（如 talk_b.dae），即使存在轨迹，骨骼也不会移动。

可以让 actor 永远跟随指定轨迹，并在世界加载后立即开始播放，如下所示：

    <script>
        <loop>true</loop>
        <delay_start>0.000000</delay_start>
        <auto_start>true</auto_start>

脚本定义在 <actor> 和 </actor> 标签之间。

在 <script> 标签内可以使用以下参数：

loop：设为 true 使脚本循环重复。为获得流畅连续的运动，请确保最后一个路点与第一个路点匹配（下文示例即如此）。
delay_start：脚本开始前等待的时间（以秒为单位）。如果循环运行，每个周期开始前都会等待这段时间。
auto_start：如果动画应在仿真开始播放时立即启动，则设为 true。例如，如果动画只应在插件触发时才播放，设为 false 会很有用。

接下来将轨迹定义为一连串路点：

        <trajectory id="0" type="walk" tension="0.6">
            <waypoint>
                <time>0</time>
                <pose>0 0 1.0 0 0 0</pose>
            </waypoint>
            <waypoint>
                <time>2</time>
                <pose>2.0 0 1.0 0 0 0</pose>
            </waypoint>
            <waypoint>
                <time>2.5</time>
                <pose>2 0 1.0 0 0 1.57</pose>
            </waypoint>
            <waypoint>
                <time>4</time>
                <pose>2 2 1.0 0 0 1.57</pose>
            </waypoint>
            <waypoint>
                <time>4.5</time>
                <pose>2 2 1.0 0 0 3.142</pose>
            </waypoint>
            <waypoint>
                <time>6</time>
                <pose>0 2 1 0 0 3.142</pose>
            </waypoint>
            <waypoint>
                <time>6.5</time>
                <pose>0 2 1 0 0 -1.57</pose>
            </waypoint>
            <waypoint>
                <time>8</time>
                <pose>0 0 1.0 0 0 -1.57</pose>
            </waypoint>
            <waypoint>
                <time>8.5</time>
                <pose>0 0 1.0 0 0 0</pose>
            </waypoint>
        </trajectory>
    </script>

在 <trajectory> 标签内，定义了一系列 actor 要跟随的路点。<trajectory> 有三个属性：id、type 和 tension。type 应与 <animation> 标签 name 属性指定的值同名，因此本例中设为 walk。tension（张力）参数控制轨迹贴合路点的程度。默认 tension 值为 0，等同于 Catmull-Rom 样条（Catmull-Rom spline），可能导致动画越过路点。tension 值为 1 时动画严格贴合路点。该值应在 0 到 1 之间。

在 trajectory 标签下定义以下内容：

waypoint：一条轨迹中可以有任意数量的路点。每个路点由一个时间和一个位姿组成：
- time：到达该位姿的时间（以秒为单位），从脚本开始时起算。
- pose：相对于 actor 初始位姿应到达的位姿。

运行世界后，应能看到 actor 沿路点绕方形移动。

actor 在场景中移动

注意：

路点的定义顺序不影响执行，它们按给定的时间依次运行。
轨迹会作为整体进行平滑处理，因此运动很流畅，但不一定会精确经过路点中指定的位姿。

不妨尝试不同的轨迹描述，看看效果。

视频演示

本教程的视频演示可在 YouTube 频道上观看：Gazebo 教程：动画人类角色