5. Simulation 架构设计

本文描述 Autonomy 仿真能力的逻辑架构、组件关系与数据流。

5.1 设计目标

分层仿真：运动学仿真（nav_test）→ 物理仿真（Gazebo）→ 高保真（Isaac/Habitat）
无 ROS 可测：nav_test 支持 CI 与快速迭代
统一车辆接口：VehicleInterface 抽象硬件与仿真后端
与导航栈解耦：仿真器仅提供 odom/TF/传感器，不侵入 planning/control 逻辑

5.2 实现状态

组件	实现度	说明
`autonomy_nav_test`	✅	差速积分 + 全栈导航
`Vehicle` / `VehicleInterface`	⏳	接口就绪，仿真后端未接
`KinematicsControl`	✅	限幅算法完整
`simulation.lua` + Stage	⏳	配置与世界文件，无 C++ 客户端
Gazebo 集成	✅	外部 `autonomy_gazebo`
`autonomy/simulation/` 模块	❌	无独立目录

5.3 分层架构

应用层 Navigator / Planning / Control

NavigateToPose FollowPath cmd_vel

控制指令 / 状态反馈

进程内 autonomy_nav_test

IntegrateDiffDrive UpdateOdometry setTransform

<div class="plan-arch-link">
  <span class="plan-arch-link-text">或</span>
  <span class="plan-arch-link-arrow">↔</span>
</div>

<div class="plan-arch-layer plan-arch-plugin">
  <div class="plan-arch-header">
    <span class="plan-arch-badge">外部</span>
    <span class="plan-arch-title">Gazebo / Stage</span>
  </div>
  <div class="plan-arch-body">
    <div class="nav-chip-list">
      <span class="nav-chip">physics</span>
      <span class="nav-chip">/scan</span>
      <span class="nav-chip">/odom</span>
    </div>
  </div>
</div>

传感器 / 状态

桥接层 autonomy_ros / VehicleInterface

5.4 数据流对比

5.4.1 nav_test（闭环）

ControllerServer ──cmd_vel──→ nav_test 仿真线程
       ↑                              │
       └──── UpdateOdometry + TF ←────┘

5.4.2 Gazebo（开环桥接）

ControllerServer ──cmd_vel──→ autonomy_ros ──→ Gazebo
       ↑                              │
       └──── /odom, /scan, TF ←────────┘

5.5 扩展：SimulationServer（规划）

未来可新建 autonomy/simulation/：

class SimulationServer {
    void Step(double dt);           // 单步仿真
    void SetCommand(Twist cmd);     // 接收 cmd_vel
    Odometry GetOdometry() const;
    void LoadWorld(const SimulationOptions& opts);
};

接入 Vehicle::ApplyCommand 与 simulation.lua。

5.6 扩展路线图

阶段	内容
P0	完善 nav_test CMake 接入根构建
P1	`Vehicle` 接 nav_test 仿真后端
P2	`simulation.lua` 接入 `autonomy.lua`
P3	Stage 客户端或 Gazebo 插件统一封装
P4	Habitat / Isaac 适配器（可选）