Gazebo中为模型添加颜色和纹理

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为模型添加颜色和纹理

本教程描述了颜色在gazebo上的工作原理。读完之后，你会知道如何让仿真对象看起来更像真实世界中的对象。

关于Ambient, Diffuse, Specular, and Emissive

在这一节的最后，你会知道什么参数与颜色的关系，以及它们是如何工作的。
使用Blinn-Phong shading model确定物体的颜色。有四个组件控制颜色：ambient、diffuse、specular和发emissive。OpenGL编程指南中关于照明的章节详细介绍了这些是如何工作的。

材料反射的光的成分

物体的最终颜色取决于材料和照射在其上的光线。光线值代表发出的光的强度。材料值代表物体反射的光的百分比。同一种材料可能有不同的颜色，取决于照到它们的光。
例如，考虑具有RGBA漫射颜色(1，1，0.5，1.0)的材料。在白光下，它看起来是黄色的。如果暴露在发出漫射RGBA(0 1 0 1)的光下，它将呈现绿色。如果暴露在发出漫射RGBA(1 0 0 1)的光下，它会呈现红色。具有漫射RGBA(0 0 0 0.75 1)的光会使物体呈现深蓝色。

Ambient

Ambient light 是没有光线指向物体时物体的颜色。与物体本身是完全一致的。Ambient light的意思是已经被反射了很多次、很难分辨它是从哪里来的近似的光。

Diffuse

这是纯白色光线下物体的颜色。它是用光的方向和物体表面法线计算的。物体中正对光部分为最亮的。

Specula

Specular是来自镜面反射高光的颜色和光强，会使物体看起来更有光泽。抛光的金属表面会有很大的镜面反射值，而一张纸几乎没有镜面反射值。

Emissive

Emissive只能设置在材料上。像ambient一样，emissive给物体增加颜色。看起来好像光是从物体发出的，但emissive不会给其他物体施加光照。

成分对比

四个成分中的每一个都会给物体添加颜色。物体的最终颜色是所有成分的总和。求和后，如果任何红色、绿色或蓝色值超过1.0，则设置为1.0。

颜色参数在哪里设置

指定物体的颜色需要对灯光和物体的材质都进行设置。看过这一节，你将知道光和模型的颜色参数在哪里设置，以及如何调整它们。

设置光的颜色成分值

浅色可以在世界SDF文件中指定。Ambient light在< scene >中全局设置。Ambient light数量是可由你选定。室内环境可能需要一个大的全局ambient light，因为每面墙和表面都会反射光。卫星模拟基本可以不要ambient light，因为大多数都辐射到太空中。
< light >里的< specular >和< diffuse>标签设置diffuse颜色和specular反射。这些标签需要4个介于0.0和1.0之间的浮点数(RGBA)。最后一个数字(alpha)对灯光没有影响。
光没有emissive和ambient成分。

设置物体的颜色成分值

物体上的颜色成分可以在SDF、Ogre Material Script或某些类型的meshes中设置。

SDF

每个< visual>都有一个< material >标签，用于控制物体的颜色成分。这些标签是:

• < ambient >
• < diffuse >
• < specular >
  Note: Specular intensity via SDF is currently not functioning in gazebo. See issue #2120
• < emmissive >

Ogre Material Script

• ambient
• diffuse
• specular
• emissive

如果同时设置了SDF和Ogre Material Script，则SDF值用于ambient，diffuse，和emissive。如果两者都定义了specular，那么最终的specular就是Ogre Material Script和SDF值的相加。

Collada and OBJ meshes

如果visual使用了Collada（.dae）或Wavefront （obj）的mesh，则gazebo从这些格式里寻找颜色的值
物体的Collada颜色分量取自< phong >(第8-69页)效果。如果collada mesh没有任何效果，那么在gazebo7中，它将被显示为具有RGBA(1 1 1 1)的emissive值。在gazebo8+中，它将显示灰色diffuse和ambient，但没有emissive和specular。

Wavefront obj颜色来源于物体材料：Ka, Kd, Ks, Ns. 见wiki
Note: OBJ materials may not display correctly in versions earlier than gazebo 8.

关于纹理textures

纹理将图像映射到形状上。它在不添加几何图形的情况下向模型添加细节。
abmient light和diffuse light可以使得纹理被看到。

给物体设置纹理

Ogre Material Scripts

Ogre Material Scripts有许多选项可以将纹理应用到物体上。阅读Ogre Document了解更多信息。

Collada

Collada文件可以对物体应用纹理。如何创建这样的文件超出了本教程的范围。Blender是一个开源建模工具，可以导出Collada。
确保< library_images >中的纹理路径可以关联到collada文件

给模型添加颜色和纹理的例子

这个示例会简单给出如何给基本模型添加颜色

基本文件和文件夹

mkdir ~/color_tutorial

颜色包括两部分：模型和光
光在世界文件中设置，所以建立一个世界文件，保存为：

~/color_tutorial/lit_world.world

它有一个有方向的明亮的白色光和ambient light。

<sdf version="1.6">
  <world name="default">
    <scene>
      <ambient>0.4 0.4 0.4 1ambient>
      <background>0.25 0.25 0.25 1background>
      <shadows>falseshadows>
    scene>
    <light type="directional" name="some_light">
      <diffuse>0.7 0.7 0.7 0diffuse>
      <specular>1 1 1 0specular>
      <direction>-1 -1 -1direction>
    light>
  world>
sdf>

下一步创建模型。文件结构为：

models文件加必须在环境标量GAZEBO_MODEL_PATH中。本教程假定你使用了文件夹~/color_tutorial/models。

export GAZEBO_MODEL_PATH=$GAZEBO_MODEL_PATH:~/color_tutorial/models

创建模型

mkdir -p ~/color_tutorial/models/example_model/materials/scripts
mkdir -p ~/color_tutorial/models/example_model/materials/textures
mkdir -p ~/color_tutorial/models/example_model/materials/meshes

保存为文件model.config

<model>
  <name>Example Model For Color Tutorialname>
  <version>1.0version>
  <sdf version="1.6">model.sdfsdf>

  <author>
    <name>YOUR NAME HEREname>
    <email>YOUR EMAIL HEREemail>
  author>

  <description>
    Example of adding color to a model
  description>

model>

保存为文件model.config

<sdf version="1.6">
  <model name="Color Tutorial Model">
    <static>truestatic>
    <link name="robot_link">
      <collision name="body_collision">
        <geometry>
          <box>
            <size>1 1 1size>
          box>
        geometry>
      collision>
      <visual name="wheel1_visual">
        <pose>-0.2 0 -0.25 0 1.57079 0pose>
        <geometry>
          <cylinder>
            <radius>0.05radius>
            <length>0.02length>
          cylinder>
        geometry>
      visual>
      <visual name="wheel2_visual">
        <pose>0.2 0 -0.25 0 1.57079 0pose>
        <geometry>
          <cylinder>
            <radius>0.05radius>
            <length>0.02length>
          cylinder>
        geometry>
      visual>
      <visual name="power_led_visual">
        <pose>0.225 0.225 0.25 0 0 0pose>
        <geometry>
          <sphere>
            <radius>0.003radius>
          sphere>
        geometry>
      visual>
      <visual name="body_visual">
        <geometry>
          <box>
            <size>0.5 0.5 0.5size>
          box>
        geometry>
      visual>
      <visual name="head_visual">
        <pose>0 0 0.25 0 0 -2.5pose>
        <geometry>
          <sphere>
            <radius>0.25radius>
          sphere>
        geometry>
      visual>
    link>
  model>
sdf>

用URDF给轮子和电源指示灯上颜色

车轮和电源指示灯将是单一的统一颜色，因此它们将使用SDF设置。本示例让轮子变成深蓝色的材料子。将其添加到两个车轮< visual >标签中。

        <material> 
          <ambient>0.1 0.1 0.1 1ambient>
          <diffuse>0.1 0.1 0.2 1diffuse>
          <specular>0 0 0 0specular>
          <emissive>0 0 0 1emissive>
        material> 

电源指示灯是其自身的光源，因此将使用emissive。将此添加到power_led < visual >中，使其始终为全绿色。

        <material> 
         <ambient>0 0 0 1ambient>
         <diffuse>0 0 0 1diffuse>
         <specular>0 0 0 0specular>
         <emissive>0 1 0 1emissive>
       material> 

使用Ogre Material Script 上颜色

给物体覆盖纹理
将图像保存成seamless_texture.png

保存为repeated.material。它使纹理重复覆盖在正方体的每个面上

material RepeatedTexture
{
 technique
 {
   pass
   {
     texture_unit
     {
       // Relative to the location of the material script
       texture ../textures/seamless_texture.png
       // Repeat the texture over the surface (4 per face)
       scale 0.5 0.5
     }
   }
 }
}

结果是立方体的每个面都有四份相同的seamless纹理

使用带有texture的collada上颜色

将图像保存成head_texture.png
下载head.dae
这个collada将图像作为纹理。我们需要检查路径。打开head.dae，查看< library_images >

 <library_images>
   <image id="head_texture_png" name="head_texture_png">
     <init_from>head_texture.pnginit_from>
   image>
 library_images>

模型应用图片没有路径信息。它默认png图片和head.dae同一文件夹下，但是我们想把它保存在另一文件夹下。在head.dae中更改图像路径

  <library_images>
   <image id="head_texture_png" name="head_texture_png">
     <init_from>../materials/textures/head_texture.pnginit_from>
   image>
 library_images>

最后在gazebo中打开

在gazebo中效果

模型路径必须被添加进环境变量GAZEBO_MODEL_PATH。设置后，打开gazebo

export GAZEBO_MODEL_PATH=$GAZEBO_MODEL_PATH:~/color_tutorial/models
gazebo --verbose ~/color_tutorial/lit_world.world

插入你创建的模型