Habitat-Sim 坐标系统详解：从基础概念到实际应用-优快云博客

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Habitat-Sim 坐标系统详解：从基础概念到实际应用

habitat-sim A flexible, high-performance 3D simulator for Embodied AI research. 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ha/habitat-sim

前言

在3D仿真环境中，理解坐标系统是构建虚拟世界的基础。本文将深入探讨Habitat-Sim仿真平台中的坐标系统规范，帮助开发者掌握3D空间中的对象定位和方向控制。

坐标系统基础

Habitat-Sim采用标准的3D图形学坐标系统：

右手坐标系：使用右手定则确定坐标轴方向
Y轴向上：与许多游戏引擎一致，Y轴代表垂直方向
标准颜色编码：
- 红色：X轴正方向
- 绿色：Y轴正方向
- 蓝色：Z轴正方向

环境准备

要开始探索坐标系统，首先需要设置基础环境：

import numpy as np
from habitat_sim.utils.common import quat_from_angle_axis

# 初始化仿真环境
sim_settings = {
    "scene": "",  # 空场景
    "default_agent": 0,
    "sensor_height": 1.5,
    "width": 640,
    "height": 480,
}

空场景坐标系统

创建一个空场景并可视化世界坐标系：

def show_world_axes(sim):
    # 在世界原点绘制坐标轴
    sim.add_debug_line([0,0,0], [1,0,0], [1,0,0])  # X轴(红)
    sim.add_debug_line([0,0,0], [0,1,0], [0,1,0])  # Y轴(绿)
    sim.add_debug_line([0,0,0], [0,0,1], [0,0,1])  # Z轴(蓝)

空场景坐标系

场景加载与坐标系

加载ReplicaCAD场景时，坐标系统保持一致：

sim_settings["scene"] = "data/scene_datasets/replica/room_0/habitat/mesh_semantic.ply"

ReplicaCAD场景坐标系

物体局部坐标系

每个物体都有自己的局部坐标系：

原点：通常位于物体质心
Y轴：向上方向
Z轴：向前方向(负Z方向)

# 添加两个不同姿态的椅子
chair1 = sim.add_object("data/objects/frl_apartment_chair_01.glb")
chair2 = sim.add_object("data/objects/frl_apartment_chair_01.glb")

# 设置椅子姿态
chair1.translation = [1.5, 0, 1.5]
chair1.rotation = quat_from_angle_axis(np.pi/2, [0,1,0])

物体局部坐标系

相机坐标系

相机坐标系有其特殊性：

X轴：向右(红)
Y轴：向上(绿)
Z轴：向前(负蓝)

# 获取相机变换
agent = sim.get_agent(0)
sensor = agent.get_state().sensor_states["color_sensor"]
print(f"相机位置: {sensor.position}")
print(f"相机旋转: {sensor.rotation}")

相机坐标系