Isaac Sim 使用方式与典型场景

四、使用方式与典型场景

示例一：Python 独立脚本启动仿真并控制关节

Isaac Sim 的模块路径在不同大版本之间有过调整，下面的写法是较新版本的组织方式，实际模块名以所装版本的文档为准。

from isaacsim import SimulationApp

# 启动应用，headless=True 时不显示界面
simulation_app = SimulationApp({"headless": True})

import numpy as np
from isaacsim.core.api import World
from isaacsim.core.utils.stage import add_reference_to_stage
from isaacsim.core.utils.types import ArticulationAction

world = World(stage_units_in_meters=1.0)

asset_path = "/projects/assets/robot.usd"
add_reference_to_stage(usd_path=asset_path, prim_path="/World/Robot")

world.reset()

robot = world.scene.get_object("Robot")
joint_targets = np.zeros(robot.num_dof)

for step in range(500):
    joint_targets[:] = 0.3 * np.sin(step * 0.02)
    robot.apply_action(ArticulationAction(joint_positions=joint_targets))
    world.step(render=False)

print("final joint positions:", robot.get_joint_positions())
simulation_app.close()

要点：SimulationApp 必须先创建，之后才能导入其它模块；world.step(render=False) 在只采数据时能显著提速。

示例二：用 Replicator 生成合成数据

import omni.replicator.core as rep

with rep.new_layer():
    camera = rep.create.camera(position=(0, 0, 2.0), look_at=(0, 0, 0))
    rp = rep.create.render_product(camera, (1280, 720))

    target = rep.get.prims(path_pattern="/World/Target")

    with rep.trigger.on_frame(num_frames=500):
        with target:
            rep.modify.pose(
                position=rep.distribution.uniform((-0.5, -0.5, 0.05),
                                                  (0.5, 0.5, 0.4)),
                rotation=rep.distribution.uniform((0, 0, 0), (0, 0, 360)),
            )
        rep.randomizer.lighting()

    writer = rep.WriterRegistry.get("BasicWriter")
    writer.initialize(output_dir="/projects/out",
                      rgb=True,
                      bounding_box_2d_tight=True,
                      semantic_segmentation=True)
    writer.attach([rp])

这段脚本每帧随机改变目标物体的位姿与光照，并把彩色图与标注同步写出。真实项目里还会把背景纹理、相机内外参、材质粗糙度一起随机化，随机化的维度越接近真机的变化范围，迁移效果越好。

示例三：与 ROS2 联动

source /opt/ros/humble/setup.bash
# 启动带 ROS2 Bridge 的仿真，具体启动脚本名以所装版本为准
./python.sh /projects/scripts/run_ros2_bridge.py --ros_distro humble

ros2 topic list
ros2 topic hz /clock
ros2 topic echo /joint_states --once
ros2 run rviz2 rviz2

桥接起来之后，仿真里的机器人对 ROS2 来说就是一个普通节点：可以用 ros2_control 的控制器驱动，也可以直接在 RViz2 里看 TF 和传感器。

适合与不适合

• 适合：合成数据生成与感知模型训练、GPU 并行强化学习、需要物理真实感光照的数字孪生、规模化场景随机化测试。
• 不适合：没有 RTX 显卡的机器、只需要跑通导航逻辑的日常验证（Gazebo 更快更省事）、软体或特殊接触物理的精确分析、对启动时间敏感的 CI 单元测试。