AirSim 入门指南 — Part 1：概述与安装

✈ 专为无人机/无人车仿真初学者打造的 AirSim 实战指南
🎯 目标：快速理解 AirSim、搭建仿真环境、运行第一个无人机脚本
📅 最后更新：2025年12月

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📋 目录

• 1. 什么是 AirSim？
• 2. AirSim 能做什么？（它解决了什么问题）
• 3. AirSim 关键概念速览
• 4. 安装 AirSim 仿真环境
• 5. 第一个 AirSim 无人机程序
• 6. 常用工具与调试方法

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1. 什么是 AirSim？

AirSim（Aerial Informatics and Robotics Simulation）是 微软开源的高逼真度机器人仿真平台，基于 Unreal Engine / Unity。

1.1 AirSim 不是“游戏”

AirSim 看起来像游戏，但它实际上是：

• ✅ 机器人仿真平台
• ✅ 无人机/无人车开发框架
• ✅ 强化学习训练环境
• ✅ 传感器模拟器（RGB、深度、激光雷达）

类比：
真实无人机：机体 + 电机 + 摄像头 + 激光雷达
仿真无人机：模型 + 动力学 + 虚拟传感器 + API控制

1.2 AirSim 的设计目标

• 提供 真实环境（场景、光照、物理）
• 提供 真实传感器模拟（噪声、延迟）
• 让无人机/无人车开发者 不依赖真实硬件也能开发与训练

👉 你无需买无人机，就能完成 SLAM、自动驾驶、轨迹规划实验

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2. AirSim 能做什么？它解决了什么问题

2.1 没有 AirSim 的困境

真实无人机开发中，你会遇到：

飞行风险高 → 容易炸机
测试成本贵 → 场地和设备昂贵
传感器难配 → 相机/LiDAR 不好调试
恶劣条件难模拟 → 雨天/低光照/高速场景

2.2 有了 AirSim

┌──────────────────────────────────────┐
│               AirSim 仿真平台         │
├──────────────────────────────────────┤
│ ✈ 无人机飞控模拟（PX4模式）           │
│ 🚗 无人车仿真（自动驾驶路线）         │
│ 📷 视觉传感器（RGB/深度/分割）        │
│ 🔭 LiDAR、IMU、GPS 传感器模拟         │
│ 🧠 强化学习训练环境（Python API）     │
│ 🎮 Unreal Engine 高逼真场景           │
└──────────────────────────────────────┘

只需写代码，无需冒风险。

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3. AirSim 关键概念速览

3.1 架构速览

AirSim 系统结构
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┌──────────────────────────┐
│      用户代码（Python/C++）│
└───────────────↑───────────┘
                API 调用
┌──────────────────────────┐
│        AirSim 模拟器       │
│  动力学模型 | 飞控 | 传感器  │
└───────────────↑───────────┘
                数据流
┌──────────────────────────┐
│       Unreal Engine 场景   │
└──────────────────────────┘

3.2 必须掌握的核心术语

概念	含义	类比
Vehicle（载具）	无人机 / 无人车模型	“一台虚拟机器人”
Image API	获取图像/深度	摄像机
Control API	控制无人机	遥控器
Environment	Unreal 场景	虚拟世界
Sensors	相机、IMU、LiDAR	虚拟传感器
PX4 mode	连接真实PX4飞控	实机飞控模拟

3.3 一个简单的飞行动作

1. 连接 AirSim
2. 解锁无人机
3. 起飞
4. 前进 5 米
5. 降落

这就是本章要跑的第一个程序。

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4. 安装 AirSim 仿真环境

AirSim 本体不复杂，但虚拟环境（Unreal）较大，因此安装建议按下面步骤来。

4.1 系统要求

推荐配置：

• 操作系统：Windows 10/11（最推荐），或 Ubuntu 20.04
• 显卡：NVIDIA GTX 1060+
• 内存：≥ 8GB（建议 16GB）
• 硬盘：至少 30GB（包含场景）

AirSim 本体跨平台，但 Windows + Unreal 最稳。

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4.2 安装流程（Windows）

Step 1：安装 Unreal Engine（推荐 UE 4.27）

1. 下载 Epic Games Launcher
2. 安装 Unreal Engine → 版本选择 4.27

Step 2：下载 AirSim 预编译环境（最简单方式）

微软官方提供现成地图，比如 Blocks、Landscape：

https://github.com/microsoft/AirSim/releases

下载项示例：

• Blocks.zip（经典入门场景）
• CityEnvironment.zip（城市无人车场景）

下载后解压得到：

Blocks/Blocks.exe   ← 双击即可运行

进入后你会看到 AirSim UI 面板（飞行界面）。

Step 3：安装 Python API（控制无人机）

pip install airsim

Step 4：验证安装

打开 Blocks.exe
→ 看到一个方块房间 + AirSim 控制面板
→ ✔ 环境启动成功

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5. 第一个 AirSim 无人机程序

下面代码让无人机：

• 连接模拟器
• 起飞
• 飞到 5m 高
• 往前飞
• 然后降落

5.1 Python 控制脚本

创建文件：simple_fly.py

import airsim
import time

# 1. 连接模拟器
client = airsim.MultirotorClient()
client.confirmConnection()

# 2. 解锁无人机
client.enableApiControl(True)
client.armDisarm(True)

# 3. 起飞
client.takeoffAsync().join()

# 4. 上升到 5 米
client.moveToZAsync(-5, 1).join()

# 5. 向前飞 10 米
client.moveByVelocityAsync(2, 0, 0, 5).join()

# 6. 降落
client.landAsync().join()

# 7. 释放控制权
client.armDisarm(False)
client.enableApiControl(False)

5.2 运行程序

打开 AirSim 场景（Blocks.exe）
再运行：

python simple_fly.py

你会看到无人机自动：

起飞 → 悬停 → 前进 → 降落

✔ 第一个 AirSim 程序成功！

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6. 常用工具与调试方法

6.1 AirSim 视角切换

打开 Blocks.exe：

• F1~F4：不同相机视角
• Tab：切换载具
• 鼠标移动：观察世界

6.2 显示传感器数据

在 AirSim 控制面板（左上角）可查看：

• 速度（Velocity）
• GPS
• IMU
• 姿态（Orientation）

6.3 单独获取图像（Python）

responses = client.simGetImages([
    airsim.ImageRequest("0", airsim.ImageType.Scene, False, False)
])

你也可以保存图像：

airsim.write_file("image.png", responses[0].image_data_uint8)

6.4 仿真加速/减速

client.simSetTimeOfDay(is_enabled=True, start_datetime="2021-05-01 10:00:00")
client.simSetWeatherParameter(airsim.WeatherParameter.Fog, 0.8)

✔ 可以模拟夜晚、雨天、雾天等环境。

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最后更新：2025年11月
作者：Echo