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第六章、Isaacsim中的资产（usd）

news 2025/7/28 6:06:30

第六章、Isaacsim中的资产（usd）

0 前言

官方文档：https://docs.isaacsim.omniverse.nvidia.com/latest/omniverse_usd/open_usd.html
在Isaac sim 中通过通用场景描述（universal scene description USD）来描述机器人及场景。
USD提供文本格式可编辑的.usda，二进制编码格式的.usd等。

1 Hello World

在isaaac-sim文件夹下新建一个usd_test文件夹，并在文件夹下创建一个hello_world.py，将下述代码copy到文件中：

from pxr import Usd, UsdGeom

stage = Usd.Stage.CreateNew('你的地址/isaac-sim/usd_test/HelloWorld.usda')
xformPrim = UsdGeom.Xform.Define(stage, '/hello')
spherePrim = UsdGeom.Sphere.Define(stage, '/hello/world')
# generic_spherePrim = stage.DefinePrim('/hello/world_generic', 'Sphere')
stage.GetRootLayer().Save()

运行上述代码会在指定的'你的地址/isaac-sim/usd_test生成'HelloWorld.usda'
打开vcscode，安装USD Language扩展并在/isaac-sim/.vscode/settings.json文件最后添加

"files.associations":{
        "*.usda": "usd",
        "*.usd": "usd"
    }

此时打开usd_test/HelloWorld.usda文件，可以高亮显示：
在这里插入图片描述
类型（Type）：在 USD 中，Prim（基本元素）是场景中的基本单位，每个 Prim 都有一个明确的类型（Type），决定了它的功能和行为。（例如 Sphere 会有半径属性）

Xform 类型：表示一个包含变换（Transform）的容器（例如平移、旋转、缩放）。
Sphere 类型：表示一个球体几何体（属于 UsdGeom 模块的几何类型）。

组合（Composition）：USD 的组合机制允许 Prim 嵌套其他 Prim，形成层级结构。每个子 Prim 是独立的实体，具有自己的属性和类型。

# 创建父级 Xform
parent_prim = stage.DefinePrim("/group", "Xform")

# 嵌套子 Sphere
child_prim = stage.DefinePrim("/group/sphere", "Sphere")

内省（Introspection）：内省指在运行时动态检查或创建 Prim 的类型和属性。通过 DefinePrim 直接指定模式名称即可创建对应类型的 Prim。

from pxr import Usd, UsdGeom

# 创建 Stage
stage = Usd.Stage.CreateInMemory()

# 动态创建 Sphere 类型的 Prim
generic_sphere_prim = stage.DefinePrim("/hello/world_generic", "Sphere")

# 设置 Sphere 的半径属性
sphere = UsdGeom.Sphere(generic_sphere_prim)
sphere.GetRadiusAttr().Set(5.0)

命名空间：USD 的类型通过命名空间（Namespaces）组织，例如 Xform 和 Sphere 属于 UsdGeom 命名空间，专门用于几何相关类型。

from pxr import UsdGeom  # 导入几何相关类型

# 创建 Xform 和 Sphere
xform = UsdGeom.Xform.Define(stage, "/xform")
sphere = UsdGeom.Sphere.Define(stage, "/xform/sphere")

2 在isaac sim场景中加载usda

打开isaac sim通过vscode与isaac sim交互运行代码加载usda模型

import omni
omni.usd.get_context().open_stage("/home/gxy/isaac-sim/usd_test/HelloWorld.usda")

在这里插入图片描述

3 查看和修改对象的属性

查看：

from pxr import Usd, Vt
stage = Usd.Stage.Open('/path/to/HelloWorld.usda')
xform = stage.GetPrimAtPath('/hello')
sphere = stage.GetPrimAtPath('/hello/world')
print(xform.GetPropertyNames())
print(sphere.GetPropertyNames())

修改：可以看到球体的半径从 1.0 减小到 0.5，但它也会在控制台中打印这些值。

radiusAttr = sphere.GetAttribute('radius')
print(radiusAttr.Get())
radiusAttr.Set(0.50)
print(radiusAttr.Get())

在这里插入图片描述修改材质等细节见官网：https://openusd-org.translate.goog/release/tut_usd_tutorials.html?_x_tr_sl=auto&_x_tr_tl=zh-CN&_x_tr_hl=en&_x_tr_pto=wapp

4 USD 中的单位系统

USD 通过 Stage 的元数据（Metadata）定义场景的全局单位。这些单位会影响所有几何变换、物理属性（如质量、速度）和动画时间轴的计算。
在这里插入图片描述

在 USD 文件的开头，通常会声明单位：

#usda 1.0
(
    metersPerUnit = 1.0       # 距离单位：1.0 表示米
    timeCodesPerSecond = 24   # 时间单位：每秒 24 帧（用于动画）
    upAxis = "Z"              # 坐标系的上方向轴（Isaac Sim 默认是 Z-up）
)