📝 指南#

Name: Genesis 物理AI平台
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尽可能使用 genesis.tensor。注意，当我们将 genesis tensor 传递给 Quadrants kernels 时，调用 tensor.assert_contiguous() 检查它是否连续，因为 Quadrants 只支持连续的外部 tensor。
不要向用户暴露任何与 Quadrants 相关的用法。
当您添加新类时，也实现 __repr__() 以便于交互式调试。（参见 genesis/engine/states.py 作为示例）
将所有与仿真相关的内容包含在 genesis.engine 中。
使用 genesis.logger.info()/debug()/warning() 而不是 print()。
用户会被提醒，不建议过多次查询场景状态而不使用它们。所有访问的场景状态将存储在场景级列表中，并被视为计算图的一部分。调用 scene.reset_grad() 时将释放此列表，释放所有占用的 GPU 内存。
层次结构 - 我们抽象了实体创建的每个级别，因此它们是统一的，并且彼此独立：
- 物理求解器：我们支持多种类型：MPM、PBD、SPH、FEM、刚体等。理念是让用户灵活选择，而无需更改任何前端 API
- material -> 这决定了后端物理求解器。我们将有 MPMLiquid、SPHLiquid、PBDLiquid、MPMElastic、FEMElastic 等。
- geom -> 这定义实体的几何形状。可以是形状基本体之一，或来自网格，或来自 URDF 等。这些几何体独立于所使用的求解器。
- 所有不同的实体都通过相同的 scene.add_entity() 添加
默认求解器顺序（为代码一致性）
- rigid
- mpm
- sph
- pbd
- fem
- sf
一些顺序约定
- 四元数：[w, x, y, z]
- 欧拉角
  - 用户输入：我们使用 extrinsic x-y-z，单位为 degree，因为这更直观
    - 解释：它遵循 scipy.Rotation 的 xyz 顺序。
  - 内部 xyz：
    - 欧拉角在不同来源中的定义不同
    - 在我们的情况下，我们使用 xyz 指代 intrinsic 旋转顺序 x-y-z，与 mujoco 相同。注意，这与其他一致，例如 dof 力和位置。
    - 对于角速度，我们使用 rotvec。
我们对每个对象的 uuid 使用 id，对其索引使用 idx
uv 顺序
- assimp、trimesh：从左下角开始
- ours、pygltflib、luisa：从左上角开始
sim options 与 solver options
- 对于任何同时存在于 sim 和 solver options 中的参数，solver options 中的参数具有更高优先级，未定义时将使用 sim options 中的值初始化
- 推荐的方式是通过 sim options 定义 dt，以便所有求解器在相同的时间尺度上运行。但是，用户也可以为不同的求解器设置不同的 dt
- RigidSolver 在 step 级别运行，所有其他求解器在 substep 级别运行。为了使它们兼容，所有非刚体求解器使用 sim options 中的 substeps。
刚体求解器的一些设计和约定
- 对于属性，我们使用 *_idx。例如 link_info.parent_idx
- 对于循环迭代中的 id，我们使用 i_*。
- 对于 kernel 循环内的所有变量
  - 后缀缩写：
    - i_l：link id
    - i_p：parent link id
    - i_r：root link id
    - i_g：geom id
    - i_d：dof
  - 对于前缀，我们使用：
    - l_：link
    - l_info：links_info[i_l, i_b]
    - g_：geom
    - p_：parent
    - …
- 关于索引存储
  - 我们在每个类（link、geom 等）中存储偏移后的索引还是仅存储本地索引？
    - 让我们做前者，因为当用户查询例如 entity 时，如果它显示全局 link idx 会更好
    - 这适用于 link、geom、verts 等的索引。
  - 每个对象存储
    - 其父类。例如 link 存储其 entity
    - 偏移后的全局 idx
    - 其子项的偏移值。例如 geom 只存储 vert、face 和 edge 的 idx_offset_*。
- root 与 base
  - root 是一个更自然的名称，因为我们使用树结构表示 links，而 base 从用户的角度来看信息量更大
  - 让我们在内部使用 root link，在文档等中使用 base link。
- root pose 与 q（当前设计可能会更改）
  - 对于 arm 和单个 mesh，加载时指定的 pos 和 euler 是其 root pose，而 q 将相对于此
- 控制接口
  - root pose 应与第一个（固定）关节的关节 pose 合并，该关节连接世界到第一个 link
  - 如果我们想控制某物，我们将命令 velocity
    - 因此，如果是自由关节，没问题。我们将覆盖 velocity
    - 如果是固定关节，没有 dof，所以我们无法控制它
  - 如果我们需要位置控制，我们将编写一个 PD 控制器并在底层发送 velocity 命令。
  - 我们仍然可以更改 root pos（第一个关节 pos），即使它是固定的。但不推荐这样做。
    - 这适用于固定关节和自由关节。两种情况都不推荐，因为即使是自由关节，设置位置也会违反物理规律。
    - 那么自由关节和固定关节有什么区别？
      - 自由 dof 会受外部影响，而固定关节不会
- mjcf 与 urdf
  - mjcf xml 总是有 worldbody，所以我们会跳过它。有时这个 worldbody 有一些关联的 geoms，暂时不支持。
  - urdf 只有 robot，所以我们会加载所有内容。有时 robot 可以有一个包含的 world link，然后它将被加载到 genesis 的 world 中并成为实体的 root link。
- 碰撞处理：我们基于凸体化 geoms 存储
  - 对于基于 mesh 的资源，我们生成 mesh 中所有组的凸包
    - 这个组可以是原本存储的子网格，或者如果 group_by_material=True，我们将按材质分组
    - 每个组将是一个 RigidGeom
  - 对于 mjcf，我们基于 mujoco 的 geoms 进行凸体化。每个 mj geom 将是一个 RigidGeom
  - 对于 urdf
    - 每个 urdf 可以包含多个 links，每个 link 包含多个几何体（collisions 和 visuals），每个几何体将是一个基本体或一个外部资源。由于 .obj 包含多个子网格，一个 urdf 几何体可以有多个网格
    - 我们凸体化这个最低级别的网格并存储为 RigidGeom
- 控制接口设计
  - 我们不会明确有 base pose 这样的概念
    - 在 pybullet 中，可移动 mesh 是其自己的 baselink，当被推动时其 base pose 会改变
    - 在 genesis 中
      - 所有内容都将连接到 world（link -1）
      - 所有内容都将有 root pose。这是初始 pose 且不会改变。这是我们计算 q 时使用的参考。
      - 自由移动的对象将通过具有 6 DoF 的自由关节连接到 world。当被推动时，此状态会改变，但其 root pose 保持不变。
- 前缀 v
  - 用于用于可视化的全局参数（visual geoms、verts、edges、normals 等）
surface.vis_mode：
- 对于刚体，支持的模式有 [‘visual’, ‘collision’, ‘sdf’]。默认类型是 visual。
- 对于可变形非流体体，支持的模式有 [‘visual’, ‘particle’, ‘recon’]。默认类型是 visual。
  - visual 将渲染输入的完整视觉网格，使用内部粒子状态进行蒙皮
  - particle 将渲染内部粒子。如果输入纹理是颜色纹理，将使用颜色。如果是图像纹理，粒子将使用 texture 的 mean_color 渲染。
  - recon 将使用粒子进行表面重建。
- 对于流体体，支持的模式有 [‘particle’, ‘recon’]。默认类型是 particle。
  - particle 将渲染内部粒子。如果输入纹理是颜色纹理，将使用颜色。如果是图像纹理，粒子将使用 texture 的 mean_color 渲染。
  - recon 将使用粒子进行表面重建。

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