1 Core API

1.1 作用

        Core API是NVIDIA Isaac Sim的“骨架”和“神经中枢”，其封装了底层复杂的USD（Universal Scene Description）操作，使得可以脱离GUI（图形界面编写脚本）、用Python代码写出机器人仿真程序，直接操控世界规律、机器人关节和传感器数据。

       其与OmniGraph最终实现的结果一样，只不过Core API通过Python代码、OmniGraph通过可视化连线。

1.2 核心组件

（1）SimulationContext

大脑，管理时间步长（Timestep）、物理更新、播放/停止以及场景的初始化。

（2）World

舞台，最常用的接口，用于向场景中添加机器人、物体并管理它们的生命周期。

（3）Robot / Articulation

身体，专门用于处理带有关节的机器人（如机械臂、四足狗），方便你获取关节状态或发送位置/速度指令。

（4）Sensors

眼睛，封装了摄像头 (Camera)、激光雷达 (LiDAR) 和 IMU 的数据获取逻辑。

1.3 工作流

（1）初始化 World

设置物理频率和渲染频率。

（2）导入资产

从 USD 文件加载机器人或环境。

（3）添加控制逻辑

编写 Python 函数，根据传感器数据计算电机指令。

（4）循环执行

通过 world.step() 推动时间流逝，每一帧进行一次“感知-决策-行动”。

2 示例1-Hello World

该实例给出了一个场景搭建的

注意提前安装好VS Code，后续需要调用；该部分需要具备中级Python知识。

下载链接：https://code.visualstudio.com/，Linux(.deb)版，下载后进入对应文件夹目录打开终端输入指令：sudo apt install ./XXX，XXX为下载的文件包完整名称。

2.1 启动Isaac Sim

（1）进入Isaac Sim文件夹所在目录，打开终端

（2）启动

./isaac-sim.selector.sh

2.2 调取Hello World工程

（1）Windows > Examples > Robotics Examples

（2）Robotics Examples > General > Hello World，点击LOAD场景加载。

（3）Pyhton相关

代码：Open Source Code，绿色框处，打开后看到hello_world.py、hello_world_extension.py、and __init__.py三个文件

文件目录：Open Containing Folder绿色框处

（4）热加载Hot-Reload

修改代码后Ctrl+S保存，可以实时反映出修改后的内容，不需要重新启动Isaac Sim。

（5）重置

当代码中修改了物体相关的属性（增减、大小、材质等等）时可以直接修改代码后Ctrl+S ，回到Isaac Sim中点击File > New From Stage Template > Empty>，Don’t Save，重新加载LOAD（如（1）、（2）步）。

PS.Python代码及.usd工程侧重点

Python用于感知、决策、控制部分的定义，.usd工程用于场景的搭建。

2.3 如何添加场景（侧重动态场景）

（1）修改hello_world.py中代码为，修改部分已经用颜色填充标注：

from isaacsim.examples.interactive.base_sample import BaseSample
import numpy as np
# Can be used to create a new cube or to point to an already existing cube in stage.
from isaacsim.core.api.objects import DynamicCuboid

class HelloWorld(BaseSample):
    def __init__(self) -> None:
        super().__init__()
        return

    def setup_scene(self):
        world = self.get_world()
        world.scene.add_default_ground_plane()
        fancy_cube = world.scene.add(
            DynamicCuboid(
                prim_path="/World/random_cube", # The prim path of the cube in the USD stage
                name="fancy_cube", # The unique name used to retrieve the object from the scene later on
                position=np.array([0, 0, 1.0]), # Using the current stage units which is in meters by default.
                scale=np.array([0.5015, 0.5015, 0.5015]), # most arguments accept mainly numpy arrays.
                color=np.array([0, 0, 1.0]), # RGB channels, going from 0-1
            ))
        return

（2）重新加载场景

Ctrl+S ，回到Isaac Sim中点击File > New From Stage Template > Empty>，Don’t Save，重新加载LOAD（Windows > Examples > Robotics Examples、Robotics Examples > General > Hello World，点击LOAD场景加载）。此时看到多可一个蓝色立方体，点击左侧工具栏运行按钮，小方块坠落并弹跳，这是代码作用。

2.4 检查对象属性

该代码在hello_world.py中，可以在终端打印出方块的世界位姿（位置和朝向）以及速度，检查小方块初始位置正确。

    # Here we assign the class's variables
    # this function is called after load button is pressed
    # regardless starting from an empty stage or not
    # this is called after setup_scene and after
    # one physics time step to propagate appropriate
    # physics handles which are needed to retrieve
    # many physical properties of the different objects
    async def setup_post_load(self):
        self._world = self.get_world()
        self._cube = self._world.scene.get_object("fancy_cube")
        position, orientation = self._cube.get_world_pose()
        linear_velocity = self._cube.get_linear_velocity()
        # will be shown on terminal
        print("Cube position is : " + str(position))
        print("Cube's orientation is : " + str(orientation))
        print("Cube's linear velocity is : " + str(linear_velocity))
        return

2.5 在模拟中连续检查对象属性

       在模拟过程中，每执行一个物理步长（Physics Step），就打印出立方体的世界坐标位姿和速度。

       如“工作流”（Workflows）中所述，在此工作流中，应用程序是异步运行的，无法控制物理步进的时机。不过可以通过添加回调函数（Callbacks），以确保某些操作在特定的事件发生之前执行。

from isaacsim.examples.interactive.base_sample import BaseSample
import numpy as np
from isaacsim.core.api.objects import DynamicCuboid

class HelloWorld(BaseSample):
    def __init__(self) -> None:
        super().__init__()
        return

    def setup_scene(self):
        world = self.get_world()
        world.scene.add_default_ground_plane()
        fancy_cube = world.scene.add(
            DynamicCuboid(
                prim_path="/World/random_cube",
                name="fancy_cube",
                position=np.array([0, 0, 1.0]),
                scale=np.array([0.5015, 0.5015, 0.5015]),
                color=np.array([0, 0, 1.0]),
            ))
        return

    async def setup_post_load(self):
        self._world = self.get_world()
        self._cube = self._world.scene.get_object("fancy_cube")
        self._world.add_physics_callback("sim_step", callback_fn=self.print_cube_info) #callback names have to be unique
        return

    # here we define the physics callback to be called before each physics step, all physics callbacks must take
    # step_size as an argument
    def print_cube_info(self, step_size):
        position, orientation = self._cube.get_world_pose()
        linear_velocity = self._cube.get_linear_velocity()
        # will be shown on terminal
        print("Cube position is : " + str(position))
        print("Cube's orientation is : " + str(orientation))
        print("Cube's linear velocity is : " + str(linear_velocity))

2.6 将示例转为独立应用程序（脚本启动）

PS.脚本格式

Win：python.bat

Linux：python.sh

两者运行方式类似。

（1）进入isaac-sim根目录

（2）创建python脚本

cd ./exts/isaacsim.examples.interactive/isaacsim/examples/interactive/user_examples
touch my_application.py

#launch Isaac Sim before any other imports
#default first two lines in any standalone application
from isaacsim import SimulationApp
simulation_app = SimulationApp({"headless": False}) # we can also run as headless.

from isaacsim.core.api import World
from isaacsim.core.api.objects import DynamicCuboid
import numpy as np

world = World()
world.scene.add_default_ground_plane()
fancy_cube =  world.scene.add(
    DynamicCuboid(
        prim_path="/World/random_cube",
        name="fancy_cube",
        position=np.array([0, 0, 1.0]),
        scale=np.array([0.5015, 0.5015, 0.5015]),
        color=np.array([0, 0, 1.0]),
    ))
# Resetting the world needs to be called before querying anything related to an articulation specifically.
# Its recommended to always do a reset after adding your assets, for physics handles to be propagated properly
world.reset()
for i in range(500):
    position, orientation = fancy_cube.get_world_pose()
    linear_velocity = fancy_cube.get_linear_velocity()
    # will be shown on terminal
    print("Cube position is : " + str(position))
    print("Cube's orientation is : " + str(orientation))
    print("Cube's linear velocity is : " + str(linear_velocity))
    # we have control over stepping physics and rendering in this workflow
    # things run in sync
    world.step(render=True) # execute one physics step and one rendering step

simulation_app.close() # close Isaac Sim

（3）脚本启动

./python.sh
./exts/isaacsim.examples.interactive/isaacsim/examples/interactive/user_examples/my_application.py

此时通过脚本文件自启动Hello Word工程。