🎲 参数随机化

MotrixSim 提供了参数随机化（Domain Randomization）能力，允许您在多环境并行仿真中为每个实例设置不同的物理参数。这对于 Sim-to-Real 迁移和强化学习训练至关重要。

支持的随机化参数总览

属性	对象	设置方法	获取方法	数据维度
质量	Link	set_mass_override	get_mass_override	(batch,)
质心	Link	set_center_of_mass_override	get_center_of_mass_override	(batch, 3)
摩擦力	Geom	set_friction_override	get_friction_override	(batch, 3)
几何体尺寸	Geom*	set_size_override	get_size_override	(batch, N)
电枢惯量	Joint	set_armature_override	get_armature_override	(batch,)
关节摩擦损耗	Joint	set_frictionloss_override	get_frictionloss_override	(batch,)
比例增益	Actuator	set_kp_override	get_kp_override	(batch,)
阻尼增益	Actuator	set_damping_override	get_kd_override	(batch,)
重力	SceneModel	set_gravity_override	get_gravity_override	(batch, 3)

备注

所有 override 方法都作用于 SceneData，不会修改 SceneModel 本身。这使得同一个模型可以在不同实例中使用不同的参数。

核心概念

参数随机化通过 Override API 实现。Override 作用于 SceneData 而非 SceneModel，这意味着同一个模型的不同仿真实例可以拥有不同的物理参数，而无需重新加载模型。

基本使用模式：

# 创建批量仿真数据
data = mtx.SceneData(model, batch=(16,))

# 获取模型对象
link = model.get_link("body_name")

# 设置 override（shape 包含 batch 维度）
mass = np.random.uniform(0.1, 10.0, size=(16,))
link.set_mass_override(data, mass)

# 读取 override
mass_get = link.get_mass_override(data)

支持的随机化参数

连杆参数

质量随机化

通过 Link.set_mass_override 修改连杆质量，影响物体的惯性和重力表现。

def main():
    # Create render window for visualization
    with RenderApp() as render:
        # The scene description file
        path = "examples/assets/randomize/ball_on_box.xml"
        # Load the scene model
        model = load_model(path)
        # Create the render instance of the model
        render_offset = []
        for i in range(4):
            for j in range(4):
                render_offset.append([-i * 2, j * 2, 0])
        render.launch(model, batch=16, render_offset=render_offset)
        render.system_camera.set_view(lookat=[-3, 3, 1.5], distance=10.0, elevation=-35, azimuth=90)
        # Create the physics data of the model
        data = SceneData(model, batch=(16,))
        ball = model.get_link(0)
        mass = np.random.uniform(0.1, 500.0, size=(16,))
        ball.set_mass_override(data, mass)
        mass_get = ball.get_mass_override(data)
        assert np.allclose(mass_get, mass)

完整示例：examples/randomize/mass.py

质心随机化

通过 Link.set_center_of_mass_override 修改连杆质心位置，影响物体的旋转行为和稳定性。

com_offset = np.zeros((16, 3), dtype=np.float32)
com_offset[:, 0] = np.random.uniform(-0.25, 0.25, 16)
link.set_center_of_mass_override(data, com_offset)

完整示例：examples/randomize/com.py

几何体参数

摩擦力随机化

通过 Geom.set_friction_override 修改几何体的摩擦系数。摩擦系数是一个 3 维向量 (slide, spin, roll)。

geom = model.get_geom("box_geom")
frictions = np.zeros((16, 3), dtype=np.float32)
frictions[:, 0] = np.linspace(0.01, 2.0, 16)  # slide friction
geom.set_friction_override(data, frictions)

完整示例：examples/randomize/friction.py

几何体尺寸随机化

通过各几何体子类的 set_size_override 方法修改碰撞体尺寸。不同几何体类型的 size 维度不同：

几何体类型	size 维度	含义
GeomSphere	1	半径
GeomCapsule	2	半径, 半高
GeomCuboid	3	X/Y/Z 方向半长
GeomCylinder	2	半径, 半高
GeomEllipsoid	3	X/Y/Z 方向半径

from motrixsim import GeomSphere

sphere = model.get_geom("sphere")
assert isinstance(sphere, GeomSphere)
radii = np.random.uniform(0.1, 0.8, size=(16, 1)).astype(np.float32)
sphere.set_size_override(data, radii)

完整示例：examples/randomize/geom_size.py

关节参数

电枢惯量随机化

通过 Joint.set_armature_override 修改关节的电枢惯量（虚拟转动惯量），影响关节的动态响应速度。

joint = model.get_joint("rotor_joint")
armature = np.linspace(0.1, 5.0, 16).astype(np.float32)
joint.set_armature_override(data, armature)

完整示例：examples/randomize/armature.py

关节摩擦损耗随机化

通过 Joint.set_frictionloss_override 修改关节的库仑干摩擦，影响关节的阻力特性。

joint = model.get_joint("pendulum_hinge")
frictionloss = np.linspace(0.0, 200.0, 16).astype(np.float32)
joint.set_frictionloss_override(data, frictionloss)

完整示例：examples/randomize/frictionloss.py

驱动器参数

Kp/Kd 随机化

通过 Actuator.set_kp_override 和 Actuator.set_damping_override 修改位置驱动器的比例增益和阻尼增益。

actuator = model.get_actuator("servo")
kp = np.array([10.0, 30.0, 60.0, 120.0], dtype=np.float32)
kd = np.array([1.0, 3.0, 8.0, 20.0], dtype=np.float32)
actuator.set_kp_override(data, kp)
actuator.set_damping_override(data, kd)

完整示例：examples/randomize/actuator_kp_kd.py

场景参数

重力方向随机化

通过 SceneModel.set_gravity_override 修改每个实例的重力向量。

gravity = np.random.randn(16, 3).astype(np.float32)
gravity /= np.linalg.norm(gravity, axis=1, keepdims=True)
gravity *= 9.81
model.set_gravity_override(data, gravity)

完整示例：examples/randomize/gravity_direction.py