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Mujoco 学习系列（二）基础功能与xml使用

news 来源：原创 2025/7/16 15:14:50

这篇文章是 Mujoco 学习系列第二篇，主要介绍一些基础功能与 xmI 使用，重点在于如何编写与读懂 xml 文件。

运行这篇博客前请先确保正确安装 Mujoco 并通过了基本功能与GUI的验证，即至少完整下面这个博客的 第二章节 内容：

Mujoco 学习系列（一）安装与部署

1. 启动仿真器

在第一篇博客中已经介绍了如何通过命令启动仿真器，但实际上mujoco提供了很多种方式启动，不同启动方式在后面的工作中会有不同的作用。

1.1 python 命令行启动

只启动仿真器，不加载模型

(mojoco) $ python -m mujoco.viewer

在这里插入图片描述

启动仿真器，同时加载模型（这里加载自带的小车模型）

(mojoco) $ python -m mujoco.viewer --mjcf=./model/car/car.xml

在这里插入图片描述

1.2 python 脚本启动

启动仿真器，不加载模型（阻塞）

import mujocomojoco.viewer.launch()

启动仿真器，同时加载模型（阻塞）

import mujocomodel_xml_path = "./model/car/car.xml"
mujoco.viewer.launch_from_path(model_xml_path)

上面两种阻塞方式启动后 terminal 会一直等待你在仿真器中操作完并关闭。mujoco 也提供了非阻塞方式启动仿真器 launch_passive(model, data)，但在启动时必须将模型加载进来，同时需要手动管理 mj_step() 函数，而以阻塞方式启动的仿真器不需要显示调用该函数。因为是非阻塞方式启动，需要将仿真器放在一个循环中，否则一启动就会立刻关闭。

启动仿真器，同时加载模型（非阻塞）

import timeimport mujoco
import mujoco.viewermodel_xml_path = "./model/car/car.xml"
model = mujoco.MjModel.from_xml_path(model_xml_path)
data = mujoco.MjData(model)with mujoco.viewer.launch_passive(model=model, data=data) as viewer:while viewer.is_running():step_start = time.time()        # 每一帧仿真的开始时间，用于控制仿真的时间步长mujoco.mj_step(model, data)     # [核心] 手动推进一次仿真# 给 simulate GUI 加锁，防止数据修改线程与渲染线程出现冲突with viewer.lock():# 这行主要是提升交互体验，你在运行后可以发现环境中每个接触点都会有黄色的圆柱在闪烁viewer.opt.flags[mujoco.mjtVisFlag.mjVIS_CONTACTPOINT] = int(data.time % 2)viewer.sync()   # 将最新的数据同步给GUI中并显示# 到达此处说明当前帧的运算和渲染已经结束了，计算一下到下一帧的时间间隔，用于控制仿真节奏# 如果仿真在这一步消耗了很长时间，那么该值是有可能为负time_until_next_step = model.opt.timestep - (time.time() - step_start)if time_until_next_step > 0:time.sleep(time_until_next_step)    # 休眠一下后准备计算下一帧

在这里插入图片描述

运行之后就可以看到上图中的效果，可以发现在小车三个轮子的位置处有黄色的矮圆柱体在闪烁，这就是代码中 viewer.opt.flags 部分起的作用。

2. 编写 xml 文件

在上一章节中其实遗留了一个问题：多个模型的加载在机器人仿真中是必要的，但 mujoco 本身是不支持同时加载多个 xml 文件的，因为 mujoco 是 面向单物理场景 设计的，只不过有方法来实现这点，上面例子中的小车本质上就是在一个 xml 文件中创建了不同元素并将其组合，多个模型加载问题可以被转化成不同元素但不进行组合。

在编写之前需要先理解 mujoco 如何解析 xml 文件的，特别是哪些标签是核心的、哪些是可以以类形式定义等。

官方解释链接：XMLreference.html

我将 xml 的标签分为两类：

环境标签：这类标签定义了全局仿真配置，包括重力、第三人称相机视角、密度、时间步长等；
对象标签：这类标签是可以继承、包含、相互作用，有点类似代码中的 class；

这种分类方式实际上不严谨，但对于初学者而言可以先这样简化地去理解。

2.1 立方体与平面

首先是最简单的一个例子，在一个空间中有一个立方体和一个平面，期望立方体自由落体后掉在平面上：

<mujoco><!-- 场景 --><worldbody><!-- 光源 --><light diffuse="0.5 0.5 0.5" pos="0 0 3" dir="0 0 -1"/> <!-- 平面 --><geom name="ground" type="plane" size="1 1 0.1" rgba="0.5 0.5 0.5 1"/><!-- 对象 --><body name="cube" pos="0 0 1"><joint type="free"/>	<!-- 该对象与外界的链接方式 --><geom type="box" size="0.1 0.1 0.1" rgba="0.0 0.0 0.5 1"/></body></worldbody>
</mujoco>

上面的例子中顶级标签为 <mujoco>，其他所有对象都在 <worldbody> 标签下，在这个标签中有两个对象平面和 立方体。

【Note】：虽然mujoco官方文档和很多教程都告诉你可以省略 name 字段，没有显示声明的情况下会自动分配一个匿名值，但我会将 name 字段一直写上去，因为 mujoco 不允许出现同名对象，同时有 name 字段可以帮你更快定位到问题。

直接运行就可以看到一个立方体自由落体到平面上：

(mujoco) $ python -m mujoco.viewer --mjcf=./merge.xml

在这里插入图片描述

实际上在xml中的平面也是一个对象，但我个人习惯地面对象不用 body 标签包裹以区分运动对象和地面，所以下面的写法也是正确的：

<mujoco><!-- 场景 --><worldbody><!-- 光源 --><light diffuse="0.5 0.5 0.5" pos="0 0 3" dir="0 0 -1"/> <!-- 平面 --><body name="ground" pos="0 0 0" ><geom type="plane" size="1 1 0.1" rgba="0.5 0.5 0.5 1"/></body><!-- 对象 --><body name="cube" pos="0 0 1"><joint type="free"/><geom type="box" size="0.1 0.1 0.1" rgba="0.0 0.0 0.5 1"/>  <!-- 对象的几何形状 --></body></worldbody>
</mujoco>

同理，如果想要在不同位置添加一个新的立方体则如下所示，新的立方体中多了一个 euler 属性表示其初始角度信息，更多属性以及其默认值可以在官网文档中找到：

<mujoco><worldbody><light diffuse="0.5 0.5 0.5" pos="0 0 3" dir="0 0 -1"/> <geom name="ground" type="plane" size="1 1 0.1" rgba="0.5 0.5 0.5 1"/><!-- 立方体1 --><body name="cube1" pos="0 0 1"><joint type="free"/><geom type="box" size="0.1 0.1 0.1" rgba="0.0 0.0 0.5 1"/> </body><!-- 立方体2 --><body name="cube2" pos="0.5 0.5 0.5" euler="0 20 30"><joint type="free"/><geom type="box" size="0.1 0.1 0.1" rgba="0.5 0.0 0.0 1"/></body></worldbody>
</mujoco>

运行后也是两个立方体自由落体，只不过初试高度和角度不同，因此最终落地姿势也不同。

(mujoco) $ python -m mujoco.viewer --mjcf=./merge.xml

在这里插入图片描述

2.2 环境标签

通常情况下环境标签是在第一步就需要做的，为了避免不同平台中存在差异，虽然 mujoco 允许在运行过程中修改环境标签的值，例如更改重力方向，但在没有特殊需求的情况下这些值应该被定义为一个静态值。

在 mujoco 中通过 xml 里的 <option> 标签定义环境，可以修改的属性值有以下几个：

在这里插入图片描述

我最常用的是下面几个：

timestep：仿真时间步长，默认 $0.002$ s，影响计算速度与精度的最重要参数；
gravity：重力方向，默认 $(0, 0, - 9.81)$ ；
density：环境介质密度，默认 $0$ ，可以修改你的仿真环境是在水下还是空气中，默认在空气中；

xml 文件示例如下：

<mujoco><!-- 环境标签 --><option gravity="0 0 -1" /><worldbody><light diffuse="0.5 0.5 0.5" pos="0 0 3" dir="0 0 -1"/> <geom name="ground" type="plane" size="1 1 0.1" rgba="0.5 0.5 0.5 1"/><body name="cube" pos="0 0 1"><joint type="free"/><geom type="box" size="0.1 0.1 0.1" rgba="0.0 0.0 0.5 1"/> </body></worldbody>
</mujoco>

【Note】：注意环境标签 <option> 的位置，由于环境标签是全局作用的，因此需要将其放在顶级域名之下。

2.3 单位与轴

因为存在 万向节死锁 的问题，有些算法会调整 rpy 的旋转顺序，mujoco 提供了标签 <compile> 来定义单位与轴旋转顺序；在没有明确定义的情况下度数单位为弧度，但也可以通过修改来确定度的单位为角度；

在这里插入图片描述

示例如下：

<mujoco><compiler angle="degree" eulerseq="yzx"/><worldbody><light diffuse="0.5 0.5 0.5" pos="0 0 3" dir="0 0 -1"/> <geom name="ground" type="plane" size="1 1 0.1" rgba="0.5 0.5 0.5 1"/><body name="cube" pos="0 0 1"><joint type="free"/><geom type="box" size="0.1 0.1 0.1" rgba="0.0 0.0 0.5 1"/> </body></worldbody></mujoco>

这些本质上和环境标签是同一类型，都是确定好后不会频繁变化的，因此在曾经结构上也是顶级位置。

2.4 通用资产定义

有些属性或变量可能会被多个对象使用，如果每个对象都重新写一遍会非常冗余，mujoco 提供了 <asset> 标签用来定义通用资产，并且允许对象直接使用。

<mujoco><asset><!-- 定义材质 --><material name="blue" rgba="0 0 0.5 1"/><!-- 定义凸包 -->      <mesh name="tetrahedron" vertex="0 0 0  1 0 0  0 1 0  0 0 1"/></asset><worldbody><light diffuse="0.5 0.5 0.5" pos="0 0 3" dir="0 0 -1"/> <geom name="ground" type="plane" size="1 1 0.1" rgba="0.5 0.5 0.5 1"/><body name="cube" pos="0 0 1"><joint type="free"/><!-- 使用材质和凸包 --><geom type="box" size="0.1 0.1 0.1" material="blue" mesh="tetrahedron"/> </body></worldbody></mujoco>

上面的示例中使用了 mesh 这个标签，本质是表面网格，但 网格也可以定义成不带面的网格（本质上是点云）。在这种情况下，即使编译器属性 convexhull 为 false，凸包也会自动构建。这使得直接在 XML 中构建简单形状变得非常简单。例如，可以如下创建金字塔：

如果你想要使用 mesh 原本的含义，即物体表面渲染方式，那么这样写即可：

<mujoco><asset><material name="blue" rgba="0 0 0.5 1"/><!-- 前提是同级目录下有这个文件 --><mesh name="forearm" file="forearm.stl"/></asset><worldbody><light diffuse="0.5 0.5 0.5" pos="0 0 3" dir="0 0 -1"/> <geom name="ground" type="plane" size="1 1 0.1" rgba="0.5 0.5 0.5 1"/><body name="cube" pos="0 0 1"><joint type="free"/><geom type="box" size="0.1 0.1 0.1" material="blue" mesh="forearm"/> </body></worldbody></mujoco>

【Note】：由于 mujoco 不允许相同的 name 属性，因此定义 <asset> 标签时可以用一些带有前缀的变量，如 name="asset_blue"，这样可以避免在复杂工程中存在名称冲突的情况，特别是有些厂商提供的模型文件中也定义了颜色和材质等对象。

2.5 文件包含

如果把所有的配置都写在一个文件中会非常难以梳理，mujoco 提供了 <include> 标签实现文件包含，我通常会将环境、单位、通用资产的定义写在一个 common.xml 文件中，在主文件中只关注对象的运动关系：

【Note】：所有包含与被包含文件中的元素都必须在 <mujoco> 这个根标签下，这是mujoco识别的依据。

common.xml 文件

<mujoco><asset><material name="blue" rgba="0 0 0.5 1"/></asset>
</mujoco>

merge.xml 文件

<mujoco><!-- 包含公共变量与资产 --><include file="./common.xml"/> <worldbody><light diffuse="0.5 0.5 0.5" pos="0 0 3" dir="0 0 -1"/> <geom name="ground" type="plane" size="1 1 0.1" rgba="0.5 0.5 0.5 1"/><body name="cube" pos="0 0 1"><joint type="free"/><geom type="box" size="0.1 0.1 0.1" material="blue"/> </body></worldbody></mujoco>

2.6 关节约束

重头戏来了 <joint> 关节约束。mujoco 对关节约束的定义和 urdf 文件基本一致，允许一下几种形式的约束：

free：三个平移自由度 + 三个旋转自由度；
ball：三个旋转自由度的球形关节，四元数 (1,0,0,0) 对应于定义初始状态；
slide：一个平移自由度的滑动或平移关节，需要明确平移方向；
hinge：铰链类型创建具有一个旋转自由度的铰链关节，需要明确旋转轴；

【Note】：为了更好的交互效果，这里提前引入了<actuator> 标签，否则无法在仿真器中拖拽。

示例如下：

<mujoco><worldbody><light diffuse="0.5 0.5 0.5" pos="0 0 3" dir="0 0 -1"/><geom name="ground" type="plane" size="5 5 0.1" rgba="0.5 0.5 0.5 1" friction="0.1 0.05 0.05"/><!-- 可拖拽立方体 --><body name="draggable_cube" pos="0 0 1"><joint name="x_slide" type="slide" axis="1 0 0" damping="5" stiffness="50" range="-3 3"/><joint name="y_slide" type="slide" axis="0 1 0" damping="5" stiffness="50" range="-3 3"/><geom name="cube" type="box" size="0.1 0.1 0.1" rgba="0 0.5 0.8 1" mass="5"/></body></worldbody><actuator><!-- 位置伺服控制器 --><position name="x_pos" joint="x_slide" kp="500" kv="20"/><position name="y_pos" joint="y_slide" kp="500" kv="20"/></actuator></mujoco>

启动仿真器后可以在右侧的 Control 面板中拖动滑块以观察立方体运动。

在这里插入图片描述

2.7 定义执行器

在上面的小节中提前用到了执行器 <actuator> ，这一小节将更细致介绍如何定义执行器标签来控制环境中的对象。

【未完待续】

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文件包含靶场实现

文件包含漏洞（File Inclusion Vulnerability）是 Web 安全中常见的高危漏洞，主要分为本地文件包含（LFI） 和远程文件包含（RFI） 1、典型利用方式利用方式示例 Payload说明路径遍历?page../../…...

编程日记 2025/7/8 12:26:34

在 JavaScript 中正确使用 Elasticsearch，第二部分

作者：来自 Elastic Jeffrey Rengifo 回顾生产环境中的最佳实践，并讲解如何在无服务器环境中运行 Elasticsearch Node.js 客户端。想获得 Elastic 认证？查看下一期 Elasticsearch Engineer 培训的时间！ Elasticsearch 拥有大量新…...

编程日记 2025/7/7 19:55:38

DataLight（V1.7.12）版本更新发布

DataLight（V1.7.12）版本更新发布亲爱的 DataLight 用户们， DataLight 发布 V1.7.12 版本，此版本带来了新服务 DINKY 的支持，以及多项问题修复，进一步提升了平台的易用性和稳定性。一. 更新日志在此次…...

编程日记 2025/7/14 11:11:49

LeetCode-前缀和-和为K的子数组

LeetCode-前缀和-和为K的子数组 ✏️ 关于专栏：专栏用于记录 prepare for the coding test。文章目录 LeetCode-前缀和-和为K的子数组📝 和为K的子数组🎯题目描述🔍 输入输出示例🧩题目提示🧪前缀和❓什么…...

编程日记 2025/7/4 1:14:02

MySQL基础关键_014_MySQL 练习题

目录一、有以下表，请用一条 SQL 语句查询出每门课程都大于 80 分的学生二、综合题1（数据自行模拟） 1.查询身份证号为“440401430103082”的申请日期 2.查询同一个身份证号有两条及以上记录的身份证号码及记录个数 3.将身份证号码为“4…...

编程日记 2025/7/14 10:51:19

femap许可与云计算集成

随着云计算技术的迅猛发展，越来越多的企业开始将关键应用和服务迁移到云端，以享受其带来的弹性扩展、高效管理和成本优化等优势。Femap作为一款强大的电磁仿真工具，通过与云计算的集成，将为企业带来前所未有的许可管理和仿真分析体…...

编程日记 2025/6/28 22:01:59

uni-app项目从0-1基础架构搭建全流程

前情最近新接了一个全新项目，我负责从0开始搭建小程序，我选用的技术栈是uni-app技术栈，UI库选择的是uview-plus，CSS引入现在流行的tainlwindcss，实现CSS原子化书写，实现小程序分包，分包中实现…...

编程日记 2025/7/10 10:37:29

轻量级高性能推理引擎MNN 学习笔记 04.线性回归

1. 线性回归 MNN 官方给的iOS Demo中，输入是图片，输出是分类结果，相对来讲，略微有些复杂，我们现在用一个最简单的线性回归模型，来说明MNN的用法。该线性回归是yaxb （其中a2,b0.01&#xff09…...

编程日记 2025/7/12 22:44:42

使用 React PDF 构建 React.js PDF 查看器的指南

在本文中，我们将重点介绍在React.js中制作 PDF 查看器的最受欢迎的开源库。具体来说，我们将利用著名的开源库react-pdf的功能，指导您完成创建 React.js PDF 查看器的过程。通过本教程，您将在第一部分学习如何使用 React-PDF 在 …...

编程日记 2025/7/12 16:48:09

动力电池点焊机厂家：驱动新能源制造的精密力量|比斯特自动化

在新能源汽车、储能系统等产业蓬勃发展的背景下，动力电池点焊机作为电池模组生产的核心设备，正经历着技术迭代与市场需求的双重升级。这类厂家通过持续研发与创新，不仅满足了电池制造企业对焊接精度、效率与稳定性的严苛要求，更推…...

编程日记 2025/7/11 5:04:12

React的合成事件（SyntheticEventt）

文章目录前言前言 React的合成事件（SyntheticEvent）是React为了统一不同浏览器的事件处理行为而封装的一套跨浏览器事件系统。它与原生事件的主要区别如下： 1. 事件绑定方式 • 合成事件：使用驼峰命名法绑定事件（如…...

编程日记 2025/7/7 23:38:53

知识中台Top5：Baklib上榜推荐

Baklib知识中台优势在数字化转型浪潮中，Baklib凭借其知识中台的核心设计理念，构建了企业级知识管理的差异化竞争力。区别于传统文档管理系统，该平台通过四库体系（知识资源库、场景规则库、服务模型库、应用组件库）实…...

编程日记 2025/7/14 11:55:44

在Windows系统中使用C++与Orthanc交互：基于DICOMweb的医学影像应用开发

🧑 博主简介：CSDN博客专家、CSDN平台优质创作者，高级开发工程师，数学专业，10年以上C/C, C#, Java等多种编程语言开发经验，拥有高级工程师证书；擅长C/C、C#等开发语言，熟悉Java常用开…...

编程日记 2025/7/10 17:00:48

视频太大？用魔影工厂压缩并转MP4，画质不打折！

在日常生活中，我们常常需要将视频文件转换成不同的格式以适应各种设备或平台的播放需求。魔影工厂作为一款功能强大且操作简单的视频转换工具，深受用户喜爱。本文中简鹿办公将手把手教你如何使用魔影工厂将视频转换为MP4格式，并进行个性化设置…...

编程日记 2025/7/1 21:51:14

1. 启动仿真器

1.1 python 命令行启动

1.2 python 脚本启动

2. 编写 xml 文件

2.1 立方体与平面

2.2 环境标签

2.3 单位与轴

2.4 通用资产定义

2.5 文件包含

2.6 关节约束

2.7 定义执行器

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