5.5 场景内物体的轨迹控制

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本小节的例程源码路径：RflySimAPIs\\UE4MapSceneAPI\\GetTerrainAPI

5.5.1 MATLAB中获取高度图矩阵

  • 用MATLAB进入到“RflySimAPIs\UE4MapSceneAPI\GetTerrainAPI”文件夹
  • 在命令行窗口中输入并执行“LoadPngData XXX”来导入期望的地图数据，其中XXX对应了map文件夹内的某一个地图文件。例如使用“LoadPngData MountainTerrain”来读取高度山地地形的地图信息。运行完上述脚本后，会生成一个“MapHeightData.mat”文件来存储高度图矩阵数据。
  • 注：本脚本会搜索需要的XXX.png（地形网格）和XXX.txt（校准数据）两个地形文件，搜索路径依次是：本路径下的“map”文件夹、“..\..\..\CopterSim\external\map”文件夹、和“【安装路径】\CopterSim\external\map”文件夹（【安装路径】默认是C:\PX4PSP，根据平台安装配置决定），请保证XXX地形文件在上述文件夹之一。
  • 注：本函数的核心是“LoadPngData.m”文件，可自行查看其中的算法，主要是导入png为矩阵文件，加入校准数据，再转存为高度图矩阵

5.5.2 MATLAB中获取高度地形

  • 在MATLAB中直接运行getTerrainAltData(0,0)和getTerrainAltData(200,0)等命令来查看期望坐标的高度（注意，这里采用北东地NED坐标系，向下为正）
  • getTerrainAltData函数的作用是输入地图的x，y坐标，输出当前地形高度z
  • 通过该函数可以获取地形中任意位置的高度信息，从而可以创建出紧贴地表的运动轨迹

5.5.3 CopterSim高度数据验证

  • 打开CopterSim，选择三维场景（例如选择“MountainTerrain”），输入坐标，选择“PX4_SITL”模式（或连上Pixhawk选择PX4_HITL模式），再点击“开始仿真”，可以查看当前坐标的高度值
  • 例如，输入上一页PPT中在MATLAB中测试的XY坐标值，并与CopterSim的结果进行对比。（注意：CopterSim中高度值做了反向，向上为正）

5.5.4 Simulink中生成高度轨迹

  • 在MATLAB中运行命令“LoadPngData XXX”来导入期望的地图数据，其中XXX对应了map文件夹内的某一个地图文件。例如使用“LoadPngData MountainTerrain”来读取高度地图信息。
  • 运行RflySim3D程序，键盘输入“M 3”切换到“MountainTerrain”的三维地图
  • 打开“TrajGen.slx”运行即可。其中的getTerrainAltData模块调用了上一小节的MATLAB函数
  • 运行“TrajGen.slx”文件
  • 可以看到人在场景中沿着地形表面行走的demo如下。注：通过本接口还可以实现生成追踪目标、靶标等功能，用于视觉跟踪或者集群飞行时的障碍物50
  • 注意：vehicleType 是一个控制三维物体的变量.
  • vehicleType=3 对应四旋翼。RflySim3D有多重四旋翼样式可选，输入vehicleType =1003, 2003, 3003之类来选择具体样式
  • vehicleType =5对应一个六旋翼
  • vehicleType =30对应人，其中 3030表示样式为3的人，对应下图中行走的人
  • vehicleType =100对应固定翼.
  • vehicleType=150对应环、方框等靶标
  • vehicleType=60对应发光的等，用于灯光秀显示

5.5.5 切换视角接口

  • 在运行时可以在RflySim3D中通过鼠标和快捷键（V或者N）来切换不同视角，这种方法只能定性大致调整
  • RflyCameraPosAng.m文件是一个控制相机视角的程序，直接在MATLAB命令行窗口中输入（仅限RflySim视觉版和完整版） RflyCameraPosAng x y z roll pitch yaw
  • 其中 x y z单位m表示相机相对飞机中心位置，roll,pitch,yaw单位是度，表示相机姿态角，例如输入 RflyCameraPosAng 0.2 0 0 0 0 0
  • 相当于一个前置摄像头(中心向前0.2m)的视角

5.5.6 多机轨迹生成例子（同种飞机）

  • 同上例子，打开RflySim3D程序，切换到“MountainTerrain”的三维地图
  • 运行“TrajGenMulti.slx”程序，可以看到多个飞机从地面依次起飞，并飞矩形轨迹再降落

5.5.7 多机轨迹生成例子（不同飞机样式）

  • 关闭上面的Simulink，在RflySim3D中按下“ESC”清除所有飞机
  • 再运行“TrajGenMulti2.slx”例程，可以看到各种飞机与车在冰面运行的例子。
  • 在RflySim3D中按下“S”可以显示飞机ID，按下“B”可以在不同飞机之间切换，按下“N”或“V”可以切换不同的视角

5.5.8 大规模集群演示

在下面文件夹RflySimAPIs\UE4MapSceneAPI\GetTerrainAPI\MultiVehicleAPI中存放了一些通过Simulink向RflySim3D发送一架、20架和100架飞机的接口。利用这些接口例程，只需要一个UDP发送模块即可实现大量飞机的三维数据发送和可视化，减小的编程难度、提升运行效率、降低数据延迟和提高同步性。也可以根据例程中提示的数据结构体定义，通过Python或C等其他语言发送


注：Simulink接口更新，增加多机接口和贴合地形功能，见RflySimAPIs\UE4MapSceneAPI\MultiVehicleAPI文件夹带ToGround后缀例程。同时Simulink增加往RflySim3D发送命令接口“RflySendUE4CMD.m”，例如直接使用RflySendUE4CMD('RflyChangeMapbyName MountainTerrain')可更改地图 

1.   1个飞机接口例程  
如下图所示该接口通过一个UDP发送模块向RflySim3D发送1架飞机，图中有两个UDP模块所以RflySim3D生成了两架飞机  


2. 20个飞机接口例程

如下图所示该接口通过一个UDP发送模块向RflySim3D发送20架飞机

如下图该例程接口中一次性将20个飞机的id,三维样式，位置和姿态都发送给了UDP发送模块

3. 100个飞机接口例程  
如下图所示该接口通过一个UDP发送模块向RflySim3D发送100架飞机


如下图该例程接口中一次性将100个飞机的id,三维样式，位置和姿态都发送给了UDP发送模块

5.5.9 集群Python演示接口介绍

  • 在下图文件夹RflySimAPIs\UE4MapSceneAPI\MultiVehicleAPI\PythonAPI 可以看到Python的场景控制接口，这些接口效果与Simulink接口一致，只需要打开RflySim3D，再运行python文件，即可在场景中生成多个集群飞机（三维物体）
    （1）1个模型接口例程
    运行python接口，效果如下，RflySim3D中生成一个三维的人类模型

    该函数向 RflySim3D发送命令切换地图到Grasslands

    该函数向RflySim3D发送生成模型的数据，第一个参数是生成模型的id,即图中展示的人体模型头上的1；第二个参数是三维模型的类型，其中30表示是人体模型，2表示人体模型的种类是2，0表示静止状态；第三个参数是存放模型位置的列表；第四个参数是表示模型姿态即三维坐标偏转角度的列表；第五个参数表示模型x,y,z轴的缩放比例

    如果将第一个参数改为2，模型的标记也会变成2，将三维模型类型改为3，人体模型将变为无人机，如下图所示

    （2）20个模型接口例程
    运行python接口，效果如下，RflySim3D中生成20个三维的无人机模型

    首先声明copterID是一个大小为20值全为0的数组，然后使id从1~20递增

    声明VehicleType是一个大小为20值全为3的数组，即所有模型的类型均为3（旋翼无人机）

    声明PosE是一个大小为60的数组，其中每一个值都是0~30内的随机数，在for循环中从第一个飞机的y坐标递减40得到所有飞机的y坐标，防止飞机模型重叠

    使所有飞机的偏转姿态均为[0,0,0]

    使所有飞机缩放比例均为[100,100,100]
    使所有螺旋桨转速均为1000 r/min

    下图中的astype(int)是将数组中的数组转换成int类型，tolist()函数是将数组转换成列表，方便下面的传参

    下图中的函数是将上述得到的三维模型的数据传入RflySim3D中用以生成20个模型。前六个参数已经介绍过了，最后一个参数是指是否忽略地形，选择1的意思就是忽略地形，三维模型均在地面上

    这个函数是向RflySim3D发送S命令，显示模型的编号

    （3）100个模型接口例程
    运行python接口，效果如下，RflySim3D中生成100个三维的无人机模型

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