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Tutorial1
導引課程
本章的目的是解說 Webots 的基本概念，這些概念是自行創建模擬場景 (.wbt) 時必須用到的。學習重點在於熟悉機器人及其環境的模型建構流程，以及機器人控制器 (controllers) 的程式設計。進而學習如何尋找額外的教學資料。
本章適合 Webots 的初學者。不過，仍然需要有程式設計 (Programming) 的背景。範例是用 Python 語言編寫的。如果您不熟悉 Python 語言，透過基本說明應該還是能夠理解本章的控制器寫法，因為下面的 Python 程式非常簡單。除了程式設計，您不需要任何特定的知識即可完成本章中的教程。然而，基本的機器人學 (Robotcs)、數學 (Mathematics)、模型建構 (Modeling) 和樹狀表示法 (Tree representation) 的背景知識可能會有所幫助。有經驗的 Webots 使用者可以跳過最初的教程。不過，我們建議至少能花點時間閱讀這些教程的介紹和結論。
本章的每個部分（除了第一和最後一部分）都是一個導引課程。每個導引課程都有一個明確的教育目標，並在第一段中進行解釋。獲得的概念隨後會在結論子部分中總結。每一個導引課程都被設計成一系列互動操作步驟。要繼續進行下一個教程，通常需要掌握前一個教學中獲得的知識。因此，我們強烈建議按照導引所安排的順序進行。此外，我們建議在繼續進一步之前，確保已經理解了導引課程中的所有概念。
最後一部分將提供一些解決本章未涉及問題的提示。
導引課程的解決方案位於 Webots 安裝目錄的 "WEBOTS_HOME/projects/samples/tutorials" 子目錄中。
導引課程 1：在 Webots 中進行首次模擬
目標
本導引課程的目標是讓您熟悉用戶界面和 Webots 的基本概念。您將創建一個包含簡單環境的首次模擬：一個帶有地板和牆壁的競技場、幾個箱子、一個 e-puck 機器人和一個使機器人移動的控制程式。
步驟
1. 啟動 Webots：在您的電腦上打開 Webots (假如使用協同產品設計課程的可攜套件，啟動後在命令列中輸入 webotsw 即可開啟 Webots, 若要同時啟動串流伺服器，則可輸入 webotsw --stream，之後可利用瀏覽器在伺服器的 IP 位址上以串流內建埠號 1234 連接觀看場警)。
實作 #1：通過雙點擊 Webots 圖標（或在終端中從命令行調用）來啟動 Webots。如果您是第一次在此電腦上運行 Webots，可能會提示您選擇圖形主題。您也可能被邀請參加 Webots 指導遊覽，請關閉指導遊覽。
2. 創建新世界：
- 轉到 File -> New World。
- 使用適當的名稱保存新世界文件，例如 my_first_simulation.wbt。
3. 添加競技場：
- 在場景樹中，右鍵點擊 root 並選擇 Add New -> Solid。
- 將新固體重命名為 arena 並為其添加 Shape。
- 將其幾何形狀設置為 Box，並設置適當的尺寸（例如，1m x 1m x 0.01m）來表示地板。
- 為形狀添加 Material 並設置其顏色。
實作 #2：通過點擊 3D 視圖的暫停按鈕來暫停當前模擬（請參閱用戶界面描述以找到按鈕）。如果主工具欄上的虛擬時間計數器停止，則模擬被暫停。從 File / New / New Project Directory... 菜單項創建一個新項目並按照說明進行：
1. 將項目目錄命名為 my_first_simulation，而不是建議的 my_project。
2. 將世界文件命名為 my_first_simulation.wbt，而不是建議的 empty.wbt。
3. 點擊所有選框，包括默認未選中的 "Add a rectangle arena"。
4. 添加牆壁：
- 重複該過程以在競技場周圍添加四面牆壁。
- 調整它們的位置和尺寸以適合地板周圍。
實作 #3：在場景樹中雙擊 RectangleArena 節點。這應該會打開該節點並顯示其字段。
1. 選擇 floorTileSize 字段並將其值設置為 0.25 0.25 而不是 0.5 0.5。您應該立即在 3D 視圖中看到效果。
2. 選擇 wallHeight 字段並將其值更改為 0.05 而不是 0.1。競技場的牆壁現在應該變得更低。
5. 添加箱子：
- 在競技場內添加幾個箱子作為障礙物。
- 根據您的喜好設置它們的位置和尺寸。
實作 #4：在場景樹中雙擊 RectangleArena 以將其關閉並選中它。點擊場景樹頂部的添加按鈕。在打開的對話框中，選擇 PROTO nodes (Webots Projects) / objects / factory / containers / WoodenBox (Solid)。一個大箱子應該會出現在競技場的中央。在場景樹中雙擊它以打開其字段。
1. 將其尺寸更改為 0.1 0.1 0.1 而不是 0.6 0.6 0.6。
2. 將其平移更改為 0 0 0.05 而不是 0 0 0.3。或者，您可以使用 3D 視圖中出現的藍色箭頭來調整其 translation.z 字段。
3. 現在按住 Shift 鍵並在 3D 視圖中拖動箱子，將其移動到競技場的某個角落。
4. 選擇箱子並按 ctrl-C，ctrl-V（Windows，Linux）或 ⌘ command-C，⌘ command-V（macOS）來複製和粘貼它。按住 Shift 鍵並拖動新箱子將其移動到某個不同的位置。以這種方式創建第三個箱子。
5. 移動箱子，使競技場中央沒有箱子。您也可以使用藍色旋轉箭頭沿垂直軸旋轉箱子。這也可以通過按住 Shift 鍵並用右鍵拖動來完成。或者，您可以更改場景樹中 WoodenBox 節點的旋轉字段的角度。
6. 一旦您對結果滿意，請使用保存按鈕保存世界。
6. 添加 e-puck 機器人：
- 在場景樹中，右鍵點擊 root 並選擇 Add New -> Robot。
- 從可用機器人列表中選擇 e-puck 機器人。
實作 #5：選擇場景樹視圖中的最後一個節點 WoodenBox。點擊場景樹視圖頂部的添加按鈕。在對話框中，選擇 PROTO nodes (Webots Projects) / robots / gctronic / e-puck / E-puck (Robot)。一個 e-puck 機器人應該會出現在競技場的中央。像移動和旋轉箱子一樣移動和旋轉這個機器人。保存模擬並按下實時運行按鈕。
7. 創建控制程式：
- 在場景樹中右鍵點擊 e-puck 並選擇 Add New -> Controller。
- 選擇以 Python 程式語法創建一個新的控制器文件（例如，epuck_controller.py）並編寫一個簡單的程式來使機器人移動。例如：
from controller import Robot, Motor # 從 controller 模組導入 Robot 和 Motor 類別
TIME_STEP = 64 # 設置時間步長為 64 毫秒
# 創建 Robot 實例
robot = Robot()
# 擷取電機設備
leftMotor = robot.getDevice('left wheel motor') # 獲取左側輪子電機設備
rightMotor = robot.getDevice('right wheel motor') # 獲取右側輪子電機設備
# 設置電機的目標位置
leftMotor.setPosition(10.0) # 設置左側輪子電機的目標位置為 10.0
rightMotor.setPosition(10.0) # 設置右側輪子電機的目標位置為 10.0
while robot.step(TIME_STEP) != -1: # 當機器人步進時間步長不等於 -1 時（模擬仍在運行）
pass # 什麼也不做，保持循環運行
8. 保存並運行模擬：
- 保存您的世界文件。
- 點擊 Play 按鈕運行模擬並觀察機器人移動。
結論
在本導引課程中，您已經學習了如何在 Webots 中創建一個簡單的模擬，包括添加競技場、牆壁、障礙物和 e-puck 機器人。您還創建了一個基本的控制程式來使機器人移動。本導引課程已經為您探索 Webots 更進階功能提供了充實的基礎。
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