可以想成垂直于表面的一支小箭头，告诉电脑这个面朝哪个方向。它会影响灯照过来时表面的明暗。
ENGINE FUNDAMENTALS · 第一课
让机器人读懂
一个三维世界。
这节课，我们让机械臂把一个边长 4 厘米的方块放进空盒子。
先不急着让它动：电脑需要知道方块长什么样、在哪里，以及盒子里面是不是真的空着。
今天只追一件事
机器人仿真，就是在电脑中搭一个练习场，用模型和计算规则预演机器人的动作。它需要同时描述“看起来是什么样”和“碰到以后会怎样”。今天先学前面的基础：把场景描述清楚，运动和受力留到第二课。
看懂方块的模型算对方块的位置找出盒口的隐形障碍
00+ / 先认识任务
先搭一个练习场，
再教机器人做事。
想象一张桌子：左边放着一个方块，右边放着一个空盒子。机械臂的“手腕”上装着相机。任务是看见方块、夹住它、移到盒子上方，再松开夹爪。
- ① 搭场景今天学这个放好桌子、方块、盒子和相机；检查尺寸、位置和碰撞形状。
- ② 让机械臂动起来后续学习给机械臂发动作指令，计算方块会不会滑落、卡住或掉进盒子。
- ③ 检查并记录后续学习确认方块真的留在盒子里，再保存图像和动作，供训练或测试使用。
EmbodiChain 是我们后面要阅读和使用的机器人仿真工具。先理解这些基础概念，再看它的配置和教程，就能知道每个选项在解决什么问题。资产在这里指可重复使用的模型及相关设置，例如一个方块模型；策略指根据输入决定机器人下一步动作的程序或模型。
第一次学，按这个顺序走
先读 01–05 节，边读边动图里的开关和滑块；接着算一次相机成像，再做三个任务。标有“选读”的内容可以跳过，不影响完成本课。你不需要预先会矩阵、四元数或编程。
选读：为什么还会遇到 USD、Prim 和 Stage？
方块的模型可以重复放进不同场景。USD 是组织这类场景描述的一套技术：不仅保存形状，也能组织位置、层级和对其他文件的引用。
| 词 | 用这张桌子来理解 |
|---|---|
| Prim（场景元素） | 场景中的一个元素，例如代表桌子或相机的节点，可以带属性和关系。 |
| Layer（层） | 保存一组场景描述。例如一层保存房间布置，另一层保存本次任务的修改。 |
| Reference（引用） | 引用已有的方块资产，在新场景里继续使用它。 |
| Stage（组合后的场景） | 程序读取各层和引用后，得到的场景视图。 |
这是帮助你阅读文档的入门解释。能正确组织文件，还不代表物体的运动一定准确。参见 OpenUSD 官方介绍。
工作中使用的任务与数据模板放在工作包里。先完成本课的场景说明卡，再尝试填写模板。
01 / GEOMETRY
Mesh 不是物体本身，
而是它的表面描述。
可以把 Mesh（网格）想成用小三角形拼成的纸模型。把一个长方体的表面拆成三角形：三角形的角是顶点（vertex），连接顶点的是边（edge），围成的表面是面（face）。保存顶点坐标和面如何连接，就得到一个网格，也就是 Mesh。
我们的方块有 8 个角、6 个正方形表面。每个表面画一条对角线，就分成 2 个三角形，所以一共是 6 × 2 = 12 个三角形。下面的图只画出朝向我们的几个面，背面的角和面被挡住了。
交互 01
示意模型 · 非物理仿真拆开一个表面
试着只保留顶点。你看到的是位置；加上连接关系，才知道这些位置怎样组成表面。
记住这一点
Mesh 主要回答“表面在哪里”。它没有自动回答“有多重”“碰到后怎样运动”“表面有多滑”。这些要另外描述。
法线、材质、纹理分别补了什么？
告诉电脑表面怎样反光：像磨砂木头，还是像亮金属？这里说的是外观，滑不滑还要另设物理参数。
像给纸模型贴花纹。贴上木纹会看起来像木头，但不会自动改变重量；画出一道凹槽，也不等于真的挖掉了材料。
先想一想：给零件贴上金属纹理，它会变重吗？
不会。外观变化与质量是两套描述。除非具体工具有额外规则根据材质设置物性，否则重量等物理属性需要另外设置。
02 / 坐标
“右边 30 厘米”，
是站在谁的位置说的？
你站在桌子南边，同事站在北边，你们的“右边”方向正好相反。机器人也会遇到这种问题：相机报告的位置，是从相机出发量的；机械臂需要的位置，可能是从机器人底座出发量的。直接照抄数字，就可能抓空。
坐标系可以理解为放好的一组尺子：先确定从哪里开始量（原点），再确定每个方向怎样算正数（坐标轴）。下面从上往下看桌面：世界坐标的 X 向右、Y 向上。“世界”只是给这组固定尺子起的名字。(0.60, 0.60) m 的意思是：从世界原点向右 60 厘米，再向上 60 厘米。括号里先写 X，再写 Y；m 表示米。
先看不旋转的情况：两个方向分别相加
相机在世界坐标 (0.60, 0.60) m。方块上的点 P 在相机坐标 (0.30, 0.10) m，也就是沿相机自己的 X 方向走 30 厘米、沿自己的 Y 方向走 10 厘米。当两套尺子方向一致时：
点 P 的世界位置
X：0.60 + 0.30 = 0.90 m
Y：0.60 + 0.10 = 0.70 m
所以 P 在世界坐标 (0.90, 0.70) m。
交互 02
二维俯视切片 · 单位 m同一个点，两种坐标
再把相机逆时针转 90°：先认方向，再相加
把旋转滑块调到 90°，相机 X 仍设为 0.6 m。原来相机的“向右”，现在朝世界的“向上”；原来相机的“向上”，现在朝世界的“向左”。于是，沿相机 X 走 30 厘米、沿相机 Y 走 10 厘米，就变成了向世界左边走 10 厘米、向上走 30 厘米。
一共两步
- 换方向：相机中的 (0.30, 0.10) m，换成世界方向的位移是 (−0.10, 0.30) m。负的 X 表示向左。
- 加起点：X = 0.60 − 0.10 = 0.50 m；Y = 0.60 + 0.30 = 0.90 m。最终位置是 (0.50, 0.90) m。
图中的 Xc、Yc 分别代表相机自己的 X、Y 轴；P 是待定位的点。本图约定 P 相对相机不动，所以移动或旋转相机时，P 也跟着移动。如果现实中的方块固定在桌上，相机移动后，改变的则是相机报告的方块坐标。
今天先记住这句话
换坐标系，就是把同一个位置改用另一套尺子描述。先把方向转对，再加上新起点的位置。传递位置时，至少说清“相对于谁”和“用什么单位”。
位姿（pose）比位置多一项：朝向。杯子可以在同一个位置正放，也可以倒放；位置相同，位姿不同。
选读：把刚才的两步写成公式，R、p、t 各是什么意思？
pworld = Rworld←camera · pcamera + tworld←camera
| 符号 | 含义 | 单位 |
|---|---|---|
| pcamera | 点 P 在相机坐标里的位置。本例是 (0.30, 0.10)。小写 p 表示位置。 | 米 |
| Rworld←camera | 把相机方向转成世界方向的旋转矩阵。箭头读作“从 camera 到 world”。 | 无单位 |
| · | 这里是矩阵乘法，作用是换方向；不是把两组坐标逐个相乘。按列向量约定计算。 | — |
| tworld←camera | 相机原点在世界中的位置，本例是 (0.60, 0.60)，也就是最后要加的起点。 | 米 |
| pworld | 计算得到的点 P 的世界位置。 | 米 |
逆时针转 90° 时，R 的两行分别是 [0, −1] 和 [1, 0]。因此新 X = 0 × 0.30 − 1 × 0.10 = −0.10；新 Y = 1 × 0.30 + 0 × 0.10 = 0.30。接着加 t，就得到正文的答案。三维只是位置多了 Z 分量，旋转矩阵变成 3 行 3 列；本课不要求手算三维矩阵。
选读：文档里的 T 和四元数又是什么？
T 常用来把旋转 R 和平移 t 合在一个 4 行 4 列的表格里。三维点写成 [x, y, z, 1] 的列向量后，就能用一次矩阵乘法完成两步变换；最后的 1 是计算用的辅助数，不是第四个空间方向。
例如 Tworld←camera · Tcamera←object 表示：先把物体坐标变到相机坐标，再变到世界坐标。按本课的列向量约定，从右往左算，不能随意交换顺序。
四元数用四个满足特定约束的数字表示三维朝向，并不是四个角度。本文所引用的 EmbodiChain 接口按 [位置x, 位置y, 位置z, qx, qy, qz, qw] 排列七个数，其中 [0, 0, 0, 1] 表示没有旋转。其他工具可能换一种顺序，所以复制配置前要查接口说明。[来源见文末 1]
03 / SCENE GRAPH
场景图告诉你：
谁属于谁，谁跟着谁。
现在把相机装到机械臂手腕上。手腕移动，相机也应该一起移动。电脑用场景图（scene graph）记录这种关系：把手腕叫作“父节点”，相机叫作“子节点”，再记录相机相对手腕的安装位置。文档中的末端指机械臂靠近夹爪的末梢部分；这里用“手腕”帮助理解。
交互 03
平移关系示意改变相机的父节点
先选“相机挂在末端”，拖动滑块，看相机是否跟着走。再选“相机固定在世界”，重新拖动：这次就像相机固定在房间的三脚架上，机械臂动，相机不动。切换按钮时，本图会把相机放到预设安装位置，因此可能突然跳一下；比较时看同一种安装方式下拖动前后的变化。
一个只平移、不旋转的例子
手腕在世界 X = 40 厘米处，相机装在它右侧 10 厘米处，那么相机的世界 X = 40 + 10 = 50 厘米。手腕移到 60 厘米处，相机就到 70 厘米处。安装距离没变，两者一起移动了。若手腕还发生旋转，就要像上一节那样先转换方向。
选读：场景图和 BVH 有什么区别？
场景图主要组织对象及其层级和变换；BVH（包围体层级）主要加速空间查询。想知道光线或物体可能碰到哪些三角形，可以先查较大的包围盒，再逐层缩小范围，避免对每个三角形都做昂贵检查。
“相机属于哪个节点？末端移动，它应该跟着吗？”
“这条光线连整个包围盒都没碰到，还需要查里面的面吗？”
层级错，常表现为位置错；加速结构与查询策略不合适，常表现为效率问题。
检查理解：让方块跟着夹爪移动，就证明真的抓住了吗？
没有。层级或视觉上的跟随只能证明描述关系。真实抓取是否成立，需要接触、约束或其他物理证据；仅改变场景父子关系可能“看着抓住了”，却绕过实际抓取过程。
04 / COLLISION GEOMETRY
眼睛看见的表面，
不一定是物理引擎接触的表面。
一个盒子可以有两套形状：外观模型（Visual mesh）负责画出你看见的盒子；碰撞形状（Collision geometry）负责告诉电脑，方块走到哪里会被挡住。碰撞形状通常画得更简单，方便快速计算。
想象一个中空料盒。如果为了省事，把它的碰撞形状设成一整块实心盒子，视觉上仍能看见盒口，物理上却可能出现一块“透明的盖子”。机器人把零件放进料盒时，就会被不存在于图像中的表面挡住。
交互 04
二维截面 · 几何判断这个盒口，物理上开着吗？
先预测：蓝点能进入料盒内部吗？再点击“测试零件落点”。
图示只按所选截面的几何边界放置蓝点，没有计算重力、摩擦、弹性或接触求解；用于解释表示差异，不能当作仿真实验结果。
选读：除了盒子，还能用哪些碰撞形状？
凸包可以想成一层紧紧包住物体的外壳，它会跨过凹陷；SDF 则用空间各处到表面的距离描述形状。先知道它们各有适用场景即可。
| 碰撞表示 | 好处 | 可能丢失什么 |
|---|---|---|
| 盒、球、胶囊等简单形状 | 结构简单，计算通常较轻 | 凹槽、孔洞、薄壁细节 |
| 单个凸包 | 覆盖复杂物体的外形 | 凹陷与中空区域 |
| 多个凸体或简单形状组合 | 可以保留部分任务关键结构 | 仍有近似误差，接触数量可能增加 |
| 三角网格 / SDF 等 | 适合保留更细几何 | 性能与支持范围依赖后端；不能默认任意动态物体都适用 |
要往盒子里放东西，就必须留下内部空间
搬箱子时，箱外轮廓可能足够；把零件装进箱子时，内腔就是核心；插接任务还关心孔径、公差和边缘。不能脱离任务说“越精细越好”。
检查理解：接触发生在视觉表面前方，一定是碰撞网格错了吗？
不一定。还可能与接触偏移、碰撞裕量、坐标变换或尺度有关。先把 visual 与 collision 叠加查看，再核对单位与接触配置，避免只凭现象定因。
05 / 相机
同一张桌子，
相机可以给出三种信息。
电脑知道方块在哪里，但机器人通常要根据相机图像来做判断。把三维场景画成图像的过程叫渲染；机器人拿到的图像、关节角等输入，统称观测。
像手机拍的照片，告诉你哪里是什么颜色、亮不亮。RGB 是红、绿、蓝三个颜色通道的缩写。
为图像上的位置记录距离。下面用深浅表示远近，真实数据通常保存距离数值，而不是这张蓝色图片。
把属于同一个物体的像素标成同一个编号。本图用颜色显示编号，方便你看出哪里是方块、哪里是盒子。
交互 05
颜色编码示意同一场景，三种观测
RGB 带有外观与光照信息。拖动光照，几何保持不变，图像亮度发生变化。
试一试：在 RGB 模式下调暗光照，方块会变暗，但没有变小或移动。再切换深度与实例分割，观察同一场景用另一种方式表达。这里的切换是概念示意，没有真实计算每个像素的距离。
内参、外参：一个管怎样拍，一个管装在哪
内参描述相机怎样把场景变成图像，例如焦距。外参描述相机相对于世界或机器人底座的位置和朝向。可以先用拍照理解：改变焦距，会改变画面里物体的大小；把相机搬到桌子另一侧，则改变了拍摄位置。下一节亲手试焦距的作用。
电脑知道答案，不等于机器人看到了答案
仿真器可以直接查到方块的准确位置，像老师手里的标准答案。但如果真正部署的机器人只有彩色相机，就要确认控制程序能从这些图像完成任务，不能默认它也能直接查到方块位置。训练时可以利用标准答案，但要另行设计用法。
选读：物理、控制、相机的频率各是什么？
Hz 表示“每秒多少次”。假设每秒计算 100 次物体运动、发出 20 次动作指令、拍摄 10 张图像。那么平均每 0.1 秒，会计算 10 次运动、发出 2 次指令、获得 1 张新图。这是三种不同的节奏；反复读取旧图，不会得到新画面。
选读：接入真实相机数据，还要确认什么？
深度值的单位可能是米或毫米；距离可能沿相机正前方量，也可能沿从镜头到物体的斜线量。分割图的颜色可能只是显示方式，文件里保存的是物体编号。还要确认图片拍摄的时间，是否与机械臂记录位置的时间对应。
05+ / RENDERING & REAL2SIM · 15 MIN
画面变了，
世界一定变了吗？
方块从桌上掉下来时，电脑要做两件事：算它下一刻落在哪里，再画出那个时刻的图像。负责计算运动的程序叫物理求解器，负责画图的程序叫渲染器。下面先让方块不动，只改变相机设置。
- 先摆好场景方块 · 桌子 · 盒子确定方块的大小和位置，设置好相机与灯。
- 计算它怎样动下一刻会在哪里？例如松开夹爪后，方块受重力影响向下掉，碰到盒底后停下来。
- 画出眼前的样子相机会拍到什么？根据当前场景生成图像。改变焦距可以放大画面，但方块本身不会变大。
实验 A：同一个零件，为什么忽大忽小？
我们的方块实际宽 4 厘米，也就是 0.04 米。把它正对相机，放在镜头前方 1 米处。图像由一格格小色块组成，每格叫一个像素，缩写是 px。下面的整张图宽 640 像素；我们要算的是：方块在这张图里占多少个像素。
图中宽度 = 焦距 × 实际宽度 ÷ 距离
w = f × W ÷ Z
w = f × W ÷ Z
| 符号 | 具体指什么 | 本例数值 |
|---|---|---|
| w（小写） | 方块在图像中的宽度，是我们要求的结果。 | 待计算，单位 px |
| f | 以像素表示的焦距。在这张固定宽度的图里，数值越大，方块看起来越大。 | 600 px，不是 600 毫米 |
| W（大写） | 方块实际有多宽，与它在屏幕上多大是两回事。 | 4 厘米 = 0.04 m |
| Z | 从相机沿正前方到方块正面的距离。 | 1 m |
把数值代进去
w = 600 px × 0.04 m ÷ 1 m = 24 px。
乘上的米和除以的米相互抵消，结果留下像素。也就是说，4 厘米宽的方块，在这张图里只有 24 个像素宽。
这个简单公式使用理想针孔相机模型：方块正面对着镜头、位于画面中央，忽略镜头畸变。Z 沿相机正前方测量。本页屏幕可能缩放图片，24 px 指原始 640 像素图像中的宽度。
f = 600 px；Z = 1.0 m；零件投影宽度 = 24.0 px
先预测，再拖动：① f 从 600 改成 1200；② 保持 1200，把 Z 从 1 改成 2；③ 解释为什么第二次画面大小回到起点，但相机配置不同。
查看验收答案
① 1200 × 0.04 ÷ 1 = 48 px，焦距加倍，图中宽度加倍。② 1200 × 0.04 ÷ 2 = 24 px，距离也加倍，图中宽度回到原值。两次画面一样大，不代表拍摄距离一样；方块实际始终宽 4 厘米。
阅读依据：Scratchapixel 针孔相机。进一步在 RTX Renderer 中比较渲染模式时，固定相机、分辨率与物理状态；画质和接触精度分别验收。
实验 B：把真实桌面搬进仿真，要检查什么？
Real2Sim 就是从真实世界建立仿真场景，例如根据桌面的照片重建模型。照片看着像，只能说明外观接近，不能证明方块的尺寸、重量或滑动方式也对。练习：从下面四行各选一项，用自己的话写出怎样检查。
| 层级 | 要查什么 | 本课可做 / 后续验证 |
|---|---|---|
| 外观 | 视角、遮挡、光照、材质 | 固定相机后比图，不能只挑最好看的一帧 |
| 几何 | 方块尺寸是否正确，盒子内腔是否保留 | 用已知 40 mm 零件检查比例；保留料盒内腔 |
| 动力学 | 多重、滑不滑、碰到后怎样运动 | Day 2 做落体/滑动对照；照片不能确定全部物性 |
| 任务 | 是否夹住、是否放进去、松手后是否留在盒内 | 动作结束后，继续检查方块是否稳定留在盒子里 |
方块、软线缆和一堆颗粒，运动方式很不一样。学会这个方块案例后，换材料还需要重新检查工具是否适用。Newton 的求解器矩阵提供了一种逐项检查的方法。
判断题：日志显示 done，画面也很好看，能宣布抓放成功吗？
还不能。教学任务可以先定义：目标物进入指定区域、夹爪释放、持续稳定一段时间，且无不允许的碰撞；阈值必须由任务决定。日志里的 done 有时只表示“这条指令执行完了”。还要另查：夹爪是否松开，方块是否进入盒子，并在其中稳定停留。查看已读的官方章节。
这一节约 15 分钟。页面只计算简单投影，没有运行 GPU 渲染器或物理仿真。
06 / HANDS ON
把“看懂了”，
变成“我能做出来”。
先用 20 分钟完成三个浏览器任务，再用约 40 分钟修改实验文件。第一次接触命令行的话，可以分两次完成。每项都走一遍：先预测 → 操作 → 留下证据 → 解释差异。浏览器任务检查概念操作；文件实验生成真实几何与坐标报告，两者都不计算动力学。
浏览器任务：0 / 3 完成
操作记录只保留在当前页面，刷新会清空。完成后下载记录；文件实验需自行按验收清单检查。
任务 A · 5 分钟 · 坐标变换
把世界坐标算对，再让图示验证
相机位置为 (0.60, 0.60) m，在俯视图中逆时针转 90°；相机内的点为 (0.30, 0.10) m。先写出你的世界坐标预测，再回到坐标实验台把平移和角度调到题目要求。
等待预测与操作。
卡住了？看一条提示
逆时针转 90° 后，(x, y) 变成 (−y, x)，再加上相机的世界位置。旋转与平移的先后很重要。
任务 B · 8 分钟 · 相机挂载
用两组前后对照，证明“谁跟着谁”
- 在场景图实验台选择“相机固定在世界”，回到这里记录起点。
- 回实验台拖动末端滑块（至少变化 20），再回来记录终点。
- 换成“挂在末端”，重新记录起点，移动末端并记录终点。
这里记录的是图示位置（px），用于比较是否随动，不是机器人实际位移。
尚未记录起点。
- World 挂载：待记录
- 末端挂载：待记录
需要完成两组对照。
任务 C · 7 分钟 · 碰撞体排错
同一个料盒，做两次落点测试
前往碰撞实验台，分别选整块实心盒和盒壁组合，各点一次“测试零件落点”。再关闭碰撞体显示：物理描述是否就消失了？
- 整块实心盒：未测试
- 盒壁组合：未测试
等待两种碰撞体的测试。
文件实验 · 40 分钟 · Python 3.9+ · 无需 GPU
修改一个配置，生成模型与检查报告
你会拿到一个故意配错的场景：把相机坐标当成世界坐标，料盒碰撞体还是实心。你的任务是修好它，再用单位错误做一次反向验证。
- 解压并进入文件夹。 包内包含
scene_lab.py、scene-broken.json和中文说明。.json是用文字保存设置的配置文件，.py是 Python 程序。可在已有 Python 的云端开发环境（例如 GitHub Codespaces）中上传、解压后运行，不依赖这台电脑作为服务器。在终端（输入命令的窗口）运行下面的第一条命令。 - 读失败报告。 预期看到 2 项 FAIL、1 项 PASS；这是故意设置的错误。查看
before/report.md，找到“位置”和“碰撞”两项未通过的原因。FAIL 是未通过，PASS 是通过，这次出现失败是预期结果。 - 修复坐标与碰撞。 复制配置为
scene-fixed.json；先保留command.frame为world，把command.position改成[0.5, 0.9, 0.2]。前两个数来自本课算例；第三个数是高度：相机高 0.4 米，点在相机下方 0.2 米，所以高 0.2 米。再把bin_collision改成walls。运行第二条命令，检查 3 项 PASS。 - 做单位对照。 把米改为毫米时，同时将位置数值乘 1000，应该仍通过；另复制一份原来的米制配置，故意只把单位改为毫米、不改数值，坐标检查应失败。分别保存两份报告。
python3 scene_lab.py scene-broken.json --out before
python3 scene_lab.py scene-fixed.json --out after命令中的 python3 表示用 Python 运行程序，紧接着是程序名和配置文件名；--out before 表示把结果放进 before 文件夹。Windows 可以用 py -3 代替 python3。无需额外安装 Python 包。程序仅写入指定输出目录；重复运行会覆盖该目录内同名结果文件。
| 你生成的产物 | 可以检查什么 |
|---|---|
part.obj | 40 mm 零件：8 个顶点、12 个三角面 |
bin_visual.obj / bin_collision.obj | 外观中空，但碰撞体可能封口；修复后都保留内腔 |
scene.json | 位置用米表示，Z 轴向上；保存物体在世界中的位置。这是本实验自定义的场景清单 |
report.json / report.md | 世界坐标、位置误差、三项静态检查的结果 |
文件实验的验收
留下修复前、修复后、正确毫米配置、错误毫米配置共 4 份报告；用 150 字解释“数值、单位、参考系缺一不可”。全部检查通过，只代表这些静态规则通过，抓取是否成功要到物理与控制课程再验证。
可选加练 · 20 分钟：把模型真正打开到 Blender
- 打开 Blender，在 File → Import 中选择 Wavefront (.obj)，导入
before/bin_visual.obj与before/bin_collision.obj。若导入选项要求轴向，使用 Y Forward / Z Up。 - 在对象列表中分别隐藏、显示它们，观察视觉盒壁与实心碰撞模型。也可将碰撞模型的 Viewport Display → Display As 设为 Wire，叠加比较。
- 在新场景中导入
after对应文件，查看内腔是否保留。导入part.obj，确认边长为 0.04 m；若尺寸不符，先查导入缩放与场景单位。 - 保存一份 .blend 文件和两张对比截图。这一步是实际模型检查，还没有为 Blender 设置刚体与碰撞物理。
本实验包的文件生成与报告已经验证；Blender 图形界面步骤尚未实际验证。不同版本的菜单名称可能略有区别。仅需查看模型时，不必安装 Isaac。
Isaac 会在哪一步用到？
Isaac Sim 用于搭建机器人、物理场景与传感器；Isaac Lab 用于组织机器人学习任务、观测、动作、奖励和训练。课程安排在 Day 3 进入 Sim，在 Day 6 进入 Lab；Day 1 先学会检查送入这些工具的几何与坐标。
完整安排见一周实操路线。GPU 实操按选定版本核对官方硬件要求；没有合适 GPU 时，先完成 CPU 路线，保留待补项。
07 / 串起来
用一张说明卡，
描述这次抓放任务。
现在不看术语表，试着向同事说明你搭的场景。下面是一个填写示例；涉及位置的数值都是教学设定，实际项目要测量或验证。
| 要说清什么 | 我们的场景 |
|---|---|
| 方块长什么样？ | 边长 4 厘米的立方体，表面用 12 个三角形组成。 |
| 方块在哪里？ | 中心世界坐标为 (0.50, 0.90, 0.20) 米，依次是 X、Y、Z。实际摆桌面时还要核对桌面高度。 |
| 相机跟着谁？ | 固定在机械臂手腕上，安装位置相对于手腕保持不变。 |
| 盒子哪里会挡住方块？ | 底部和四面盒壁会挡住，盒子内部和开口不应被碰撞形状填满。 |
| 控制程序拿到什么？ | 先假设只拿到 RGB 彩色图。方块准确位置可供我们检查，但不直接交给控制程序。 |
| 哪些还不知道？ | 方块质量、摩擦、怎样控制夹爪；留到后续课程确认。 |
10 分钟练习：自己改写一张
照上表写六句话。再做两个改动：把相机移到固定三脚架上，把方块位置改用毫米表示。圈出需要修改的行，并解释理由。进阶时，可以把这张卡填入任务与数据模板。
选读：在 EmbodiChain 官方教程里找对应设置
打开 场景创建教程，先只找三件事：在哪里添加物体、在哪里填写初始位置、在哪里设置相机。能把这些设置与本课的模型、坐标、相机对应起来，就达到了今天的阅读目标。
后面会遇到 prepare()，它负责把声明好的场景准备成可运行的对象；再往后才是推进物理计算和获得图像。今天不需要记 API，也不要求安装环境。本页的图示不是 EmbodiChain 的运行结果。
10 分钟排错：盒子看着空，方块却进不去
你看到方块停在盒口。先写下两个可能原因，并给每个原因配一个具体检查动作。例如：“碰撞形状封住了盒口 → 打开橙色叠加，看开口是否被填满”。也可以把刚才的场景说明卡写在下面。
笔记仅保留在当前页面内存中，刷新会清空；离开前可下载为文本。不会上传。
完成后再看：一组可接受的排查思路
- 碰撞体封住盒口。 开启碰撞几何叠加，查看零件与盒口实际接触位置。
- 记录坐标系或单位不一致。 查看记录写的是相机坐标还是世界坐标、用米还是毫米，换成同一套坐标后再比较。
- 渲染与状态读取不同步。 核对读取时机、状态更新时间和相机帧时间。
- 动作结束条件只代表指令完成。 另外检查方块是否进入盒子，并在松手后稳定停留。
也可以提出不同假设；关键是每个假设都有可观测证据和可执行的验证办法。
08 / CHECK YOUR UNDERSTANDING
合上术语表，
看看你能不能解释。
每题选一项，即时查看原因。建议先独立答题，达到 5/6 后，再用自己的话讲一遍错题。
已作答 0 / 6 · 正确 0 题
最后的 3 分钟口述
“我创建了一个抓放场景。其中 Mesh 负责……，坐标变换负责……，场景图负责……，碰撞几何负责……，相机负责……。如果出现抓空，我会先检查……，因为……”
能把故障说具体，
你就开始真正理解引擎了。
YOUR LEARNING PATH
这一课，放在一周的哪里？
Day 01三维表示
正在学习
正在学习
Day 02物理与接触
待上线
待上线
Day 03机器人与控制
待上线
待上线
Day 04数据与质检
待上线
待上线
Day 05模仿学习与评测
待上线
待上线
Day 06RL 与前沿证据
待上线
待上线
Day 07客户与试点
待上线
待上线
下一课将接着问：描述清楚几何以后，物理引擎怎样决定接触力？零件为什么滑落、抖动或穿透？你今天画出的场景卡会继续沿用。
本课资料与版本
- EmbodiChain 仿真系统：生命周期与位姿约定 · 2026-09-17 提交 135ecb6。
- EmbodiChain 物理配置：碰撞几何与接触配置。
- EmbodiChain 渲染同步与相机挂载。
- EmbodiChain 官方场景创建教程 · 官方仓库正文，已锁定本次阅读提交；官网入口不可读时可使用。
- Robotics_Notebooks：刚体旋转 SO(3) / SE(3)。
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