cad2025 電腦輔助設計與實習

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TimeStep

在 Webots 模擬器中,模擬器的時間步長與世界的時間步長是模擬運行的兩個重要概念,分別表示模擬器和模擬世界在離散物理計算中的時間間隔。以下是詳細說明:



1. 模擬器的時間步長(Simulator Time Step)
  • 定義:模擬器內部用於計算物理模擬的時間間隔。它決定了模擬器每次更新物理場景時所模擬的時間量。
  • 作用:
    • 控制系統的精度與性能。
    • 計算物理行為(如碰撞、運動等)的關鍵參數。
  • 設置方式:模擬器的時間步長通常由模擬控制器中的代碼明確設置。例如,在 Python 控制器中,您可以使用robot.step(timestep)來進行控制。
  • 特性:
    • 越小:模擬精度越高,但計算負擔增加,模擬速度可能變慢。
    • 越大:模擬速度提高,但精度降低,可能導致模擬不穩定。


2. 世界的時間步長(World Time Step)
  • 定義:模擬世界中用於更新場景的固定時間間隔,主要由 Webots 的場景樹(Scene Tree)中的 WorldInfo > basicTimeStep 參數定義。
  • 作用:
    • 控制整個模擬場景中物體更新的頻率。
    • 決定模擬器每次計算後,虛擬時間向前推進的時間量。
  • 設置方式:可以在場景樹的 WorldInfo 節點中修改 basicTimeStep 參數值。
  • 特性:
    • 越小:模擬的物理場景更新更加頻繁,但所需計算資源更多。
    • 越大:模擬場景更新較少,可能導致物理行為的細節丟失。


3. 兩者的關係
  • 模擬器的時間步長應該小於或等於世界的時間步長。
    • 原因是:模擬器需要在每個世界時間步長內完成多次計算,以確保物理模擬的準確性。
    • 如果模擬器的時間步長大於世界的時間步長,可能導致模擬不穩定,甚至出現錯誤。
  • 設置建議:
    • 一般情況下,模擬器的時間步長可以設置為世界時間步長的一部分(如1/10)。
    • 測試不同的時間步長,根據模擬精度與性能需求進行調整。


4. 實際應用場景
  • 模擬器的時間步長:
    • 用於控制機器人的控制器代碼,例如逐步執行機器人的操作或模擬傳感器的更新。
  • 世界的時間步長:
    • 用於控制整個模擬場景的更新頻率,例如物體的運動、碰撞檢測等。

簡單對比

項目 模擬器的時間步長 世界的時間步長
定義 模擬器內部計算的時間間隔 模擬世界中場景更新的時間間隔
設置位置 控制器代碼中 場景樹的WorldInfo節點
影響 控制模擬計算的精度與性能 控制整個場景的更新頻率
大小關係 必須小於或等於世界時間步長 可設置為模擬所需的任意值

透過合理設置這兩個參數,可以在模擬的精度與性能之間達到平衡。


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