建立具備物理屬性且可於 Isaac Sim 沿用的四輪車 usda

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如果資源 (asset) 是吻合 USD 格式的，它就可以被 Omniverse 解析和任意使用，概念上是這樣。但如果操作者是對 3D 開發陌生的職員，要實現順暢操作可能會沒有辦法很理所當然，但如果真的把步驟湊齊了，也還是會覺得沒那麼複雜。

因為業務需求接觸 Omniverse 這套模擬工具，在對電腦模擬、GPU 運算、電腦 3D 視覺都很陌生的背景之下，經過頻繁的比對文件、驗證和實作，在此分享我對這個工具截至目前能分享的心得。

業務需求是交通相關主題，幸運的是 Nvidia 有提供簡易外觀但屬性完整的四輪車模型。會基於這份檔案：

  1. 修改
  2. 引入使用
  3. 確保方向一致

保留一台車

  1. 從 window/examples/physics examples 中找到內建的 ackermann steering 範例，按下 Load scene 後可以看到有三組沒有車身只有四顆輪子的四輪車。
    image01.png
  2. 把 car_1 和 car_2 刪除
    image02.png
  3. 另存成 .usda 檔案 (存在哪裡都可以)
    image03.png
  4. 用 vscode 打開 (或自己習慣的編輯器)，會看到所有元件的屬性，包含四輪車的。從這個檔案上下左右比對，可以猜出屬性的關聯和綁定關係。
    image04.png
  5. 在 isaac sim 開啟新專案，檢查剛剛輸出的 usda 檔案可不可以重新匯入到 isaac sim 的視窗

方法 a：import(不能用 import 的，不支援 usd 格式)

方法 b：open(可以，會跟儲存成 usda 時的狀態一模一樣)

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方法 c：先建立一個 xform 再用 add reference 的方式匯入，看起來可行。

image06.png

方法 d：用程式碼的方式，方向不一致。

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geom = UsdGeom.Xform.Define(stage, path)
geom.GetPrim().GetReferences().AddReference(
    "./veh.usda"
)

image07.png
這時候如果再建立一個 xform 再用 add reference 的方式匯入，方向是正確的
image08.gif
回頭看 ackermann steering 匯入後的環境，是 Y up。目前推測使用內建的 add reference(方法 c) 會自動轉換，但如果是自己的程式碼就需要自己轉換。
image09.png
所以要去哪裡轉換？把心思放回 ackermann steering 的 source code。在匯入前環境是 Z up，匯入後才被轉換成 Y up。
確實有 gYZXAxes = AxesIndices(1, 2, 0) ，但要如何訂正？
有兩個方法：把 stage 改成 Y up 或把 veh.usda 改成 Z up，選一個適用專案的即可 (譬如其它需要匯入的模型預設是 Z up)

解法 1：把 stage 改成 Y up

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from pxr import UsdGeom

ctx = omni.usd.get_context()
stage = ctx.get_stage()
UsdGeom.SetStageUpAxis(stage, UsdGeom.Tokens.y)

解法 2：讓 veh.usda 是 Z up

這邊用的方法是到 ackermann steering 的 source code 找到 create4WheeledCarsScenario，把參數 axes 由 AxesIndices(1, 2, 0) 改成 AxesIndices(2, 1, 0)。修改後要重新啟動 isaac-sim 才會生效，這個方法只適用在這個範例，但我也是透過這段 trace 才找到 UsdGeom.SetStageUpAxis(stage, UsdGeom.Tokens.y)

存檔後即可解決使用方法 d 匯入模型但方向不一致的情形。