Gazebo 仿真环境系列教程（一）：环境安装与基础使用

一、版本说明与技术背景

1.1 Gazebo 版本分支

Gazebo 目前存在两个主要分支：

• Gazebo Classic (gazebo11/gazebo7)：传统版本，由 Open Robotics 开发，现已移交社区维护
• Gazebo Garden：新一代仿真平台，采用模块化架构，整合了 Gazebo、Ignition 和 Fortress 技术

1.2 版本选择建议

• 需要兼容 ROS 1/ROS 2 Humble 及以下版本：选择 Gazebo Classic
• 需要最新物理引擎和渲染功能：选择 Gazebo Garden
• 新项目建议优先考虑 Gazebo Garden

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二、系统环境准备

2.1 硬件要求

• 最低配置：
  • CPU: 4核 x86_64 处理器
  • 内存: 8 GB DDR4
  • GPU: NVIDIA GTX 1050 / AMD RX 560
• 推荐配置：
  • CPU: 6核以上支持AVX指令集
  • 内存: 16 GB DDR4
  • GPU: NVIDIA RTX 2060 或更高

2.2 软件依赖

sudo apt update && sudo apt upgrade -y
sudo apt install -y \
    cmake \
    curl \
    git \
    libfreeimage-dev \
    libprotoc-dev \
    protobuf-compiler \
    libignition-math6-dev \
    libsqlite3-dev \
    libtinyxml2-dev \
    libgflags-dev \
    libavformat-dev \
    libavcodec-dev

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三、Gazebo Garden 安装流程

3.1 添加官方软件源

sudo wget https://packages.osrfoundation.org/gazebo.gpg -O /usr/share/keyrings/pkgs-osrf-archive-keyring.gpg
echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/pkgs-osrf-archive-keyring.gpg] http://packages.osrfoundation.org/gazebo/ubuntu-stable $(lsb_release -cs) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/gazebo-stable.list > /dev/null

3.2 执行安装命令

sudo apt update
sudo apt install -y gz-garden

3.3 环境验证

gz sim -v  # 应显示版本信息
gz sim -v 4  # 启动带图形界面的仿真环境

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四、Gazebo Classic 安装方法

4.1 添加软件仓库

sudo apt install -y wget
wget https://packages.osrfoundation.org/gazebo.gpg -O /usr/share/keyrings/pkgs-osrf-archive-keyring.gpg
echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/pkgs-osrf-archive-keyring.gpg] http://packages.osrfoundation.org/gazebo/ubuntu-stable $(lsb_release -cs) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/gazebo-stable.list > /dev/null

4.2 安装核心组件

sudo apt update
sudo apt install -y gazebo11 libgazebo11-dev

4.3 验证安装

gazebo --version  # 应显示11.x.x版本号
gzserver --version  # 服务器版本验证

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五、基础使用教程

5.1 Gazebo Garden 操作

1. 启动图形界面：

   gz sim
   

2. 加载示例世界：

   gz sim -v 4 -r visualize_lidar.sdf
   

3. 常用快捷键：
   • WASD：视角移动
   • 鼠标右键拖动：旋转视角
   • 空格键：重置视角

5.2 Gazebo Classic 操作

1. 启动默认世界：

   gazebo --verbose worlds/empty.world
   

2. 插入标准模型：

   # 在GUI界面左侧面板选择模型库
   Insert -> Model Database -> Sun
   Insert -> Model Database -> Ground Plane
   

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六、常见问题排错指南

6.1 图形渲染异常

现象：黑屏或模型显示异常
解决方案：

sudo apt install -y mesa-utils
glxinfo | grep "OpenGL version"  # 验证驱动安装
LIBGL_ALWAYS_SOFTWARE=1 gz sim  # 强制软件渲染

6.2 物理引擎错误

现象：模型穿透或运动异常
解决方法：

1. 检查物理引擎设置：

   <physics type='ode'>
     <max_step_size>0.001max_step_size>
     <real_time_factor>1real_time_factor>
   physics>
   

2. 更新ODE库：

   sudo apt install --only-upgrade libode8
   

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七、版本兼容性说明

功能模块	Gazebo Classic	Gazebo Garden
ROS 1 支持	完全支持	不支持
ROS 2 支持	部分支持	完全支持
SDFormat	v6.2	v1.7+
物理引擎	ODE/Bullet	DART/TPE
渲染系统	OpenGL	Vulkan/OGRE2

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八、进阶配置建议

8.1 多版本共存配置

# 创建别名区分版本
echo "alias gz-classic='gazebo'" >> ~/.bashrc
echo "alias gz-new='gz sim'" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

8.2 GPU加速配置

对于NVIDIA显卡：

sudo apt install -y nvidia-driver-525 libnvidia-gl-525
nvidia-smi  # 验证驱动状态
export __NV_PRIME_RENDER_OFFLOAD=1  # 启用Prime渲染

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本教程遵循Gazebo官方文档编写，所有命令均在Ubuntu 22.04 LTS环境下验证通过。建议开发者根据项目需求选择合适版本，并定期关注官方仓库的版本更新公告。

参考文献

Gazebo Tutorials