一、引言

• 在上一篇文章探索探索 NVIDIA Isaac Sim：解锁机器人开发的无限可能中，我们初步领略了 NVIDIA Isaac Sim 平台为机器人开发带来的无限潜力。随着平台的不断更新迭代，又有许多令人惊喜的新特性和优化，让我们继续深入体验这个强大的仿真平台。
  

1.更新的功能

• 上一篇文章所使用的是2024 年 11 月版本，在 AI 模型训练方面，虽然已经支持多种主流 AI 框架，但训练效率还有提升空间。以视觉识别模型训练为例，当时训练一个高精度的机器人视觉识别模型可能需要数小时甚至数天。而最新版本引入了新的加速算法，使得训练时间大幅缩短，根据实际测试数据，训练时间缩短了近三分之一。不仅如此，模型的收敛速度更快，准确率也有显著提升，从原来的 85% 左右提升到了 90% 以上 ，这为开发者快速迭代和优化机器人 AI 模型提供了有力支持。
  

• 在医疗机器人仿真领域，2024 年 11 月版本对安全性的考虑相对有限。最新版本则增加了更多安全防护机制和风险评估模块。比如在模拟脑部手术机器人时，能够实时监测机器人操作路径和力度，一旦检测到可能对患者造成伤害的风险，立即发出警报并停止模拟，同时提供详细风险分析报告，为医疗机器人研发和临床应用提供了更可靠的安全保障。

• 总的来说，NVIDIA Isaac Sim 从 2024 年 11 月版本更新到最新版本后，各方面都取得了显著的进步。

2.性能的提升

• 在 2024 年 11 月版本中，虽然已经利用 GPU 加速技术来处理物理模拟和环境渲染，但在复杂场景下，计算速度仍显不足。例如，在模拟包含大量机器人和复杂地形的物流园区场景时，帧率会出现明显波动，导致仿真的流畅度受到影响。而最新版本通过对 GPU 加速算法的进一步优化，显著提升了计算效率。同样的物流园区场景，在最新版本中，帧率提升了 50% 以上，使得机器人的运动更加流畅，物理模拟更加实时。这不仅提高了开发效率，也让开发者能够更直观地观察机器人在复杂环境中的行为表现。
  

二、使用教程

(1)安装与环境配置

1.硬件要求：确保计算机配备 NVIDIA GPU，且具备足够的显存和内存。显卡最低使用RTX3060以上的显卡，显存最低要求为8GB，运行内存32GB，CPU最低要求i7级别处理器。

2.软件安装：现在的最新版本NVIDIA官方给出了IsaacSim的软件包官方下载链接，由于网页下载速度较慢，在此准备的网盘资源供大家下载IsaacSim网盘资源

(2)创建虚拟场景

1.启动IsaacSim：下载完成后，将软件压缩包解压到一个指定位置，如 D 盘的 “IsaacSim” 文件夹。解压完成后，打开解压后的文件夹，找到里面的isaac-sim.bat文件 。双击该文件，当页面弹出命令框时则说明启动成功，稍微等待一会即可看到 Isaac Sim 的应用界面，具体操作步骤可参考图：




当出现以下画面的时候则说明启动成功


2.模型导入导入已有的模型，这里也为大家准备了一个汽车模型可以到网盘获取汽车模型
3.导入模型：更改模型格式并导出,没有C4D可以参考另一篇文章安装C4DC4D安装教程
这里没有直接给大家转换好格式，后期操作失误会导致模型无法使用，所以需要自己去转化格式

4.场景布局与设置：将导入的模型放到场景中，调整它们的位置、旋转和缩放，以构建你想要的虚拟场景。例如，如果你要模拟一个物流仓库，可以添加货架、货物、AGV 机器人等模型，并合理布置它们的位置。在场景设置中，你还可以调整光照、物理属性（如重力、摩擦力）等参数，使场景更加逼真。



导入成功之后就是下面的这样

(3)基本操作介绍

考虑到大部分都是刚接触这个平台，简单介绍一些基本操作，更快上手体验此平台

1.视口操作

• 平移：按下鼠标中键并拖动可以平移视野，方便查看场景的不同区域。
• 旋转：按下鼠标左键+Alt并拖动即可围绕场景中的物体旋转调整视野，以便从不同的角度观察物体或场景。
• 缩放：按下鼠标右键+alt(滚轮滑动也可以)并拖动来缩放视野，可拉近或拉远以查看细节或整体场景。

2.场景搭建

• 创建物体：通过顶部菜单或右键的Create(创建)选项选择Shape(形状),再选择Cube(正方体)，即可创建基本的几何体。
• 添加资产：在Assets(资产)面板中，可以浏览和管理项目中的所有资源和文件，将所需的模型、纹理等拖动到视口即可添加到场景中。

3.物体变换

• 移动：鼠标点击选中物体，按下W键可切换到移动模式，分为 Global(全局) 和 Local(局部) 模式，再次按下W可切换。通过鼠标拖拽物体上的三根轴、红 / 绿 / 蓝三个小方格或中心原点，可分别沿着轴所在直线、在平面上或在三维空间中移动物体。
• 旋转：鼠标点击物体，按下E键可切换到旋转模式，同样有Global和Local模式。通过鼠标拖拽物体上红 / 绿 / 蓝线、灰色球体部分或外层蓝色圆环，可使物体绕对应的轴、任意方向或绕当前视野相机点与物体所在空间点连线的轴旋转。
• 缩放：鼠标点击物体，按下R键可切换到缩放模式。通过鼠标拖拽物体上的三根轴、红 / 绿 / 蓝三个小方格或中心原点，可分别沿着轴所在直线、在构成对应平面的两根轴上等比例或在三维空间中等比例整体缩放物体。

4.属性编辑

• 查看属性：在Stage(舞台)窗口中选择物体，Property(属性)面板会显示该物体的详细属性，如位置、旋转、缩放、材质、物理属性等。
• 修改属性：可以通过在属性面板中左右拖拽属性值、双击属性手动输入调整属性的值，或点击属性后面的小方块将属性值恢复为默认值。

5.场景运行操作

• 播放与暂停：在工具栏中找到播放、暂停按钮，可以控制场景的运行与暂停，方便观察机器人或物体在不同时刻的状态。
• 重置：点击充值按钮，可将场景中的物体等恢复到初始状态，便于重新进行测试或观察。

(4)多球体下落场景仿真

1.创建球体

这里我们使用C4D制作会更快一些(使用阵列直接复制)
以下为具体操作




根据需求创建，建议是创建5~10个，太多了运行起来挺卡的

2.将创建好的球体导入

转化为IsaacSim支持导入的格式

打开IsaacSim导入

3.测试效果

依次增加小球的数量，可以直观的感受到差别

三、运行反馈

在使用 Isaac Sim 进行多球体下落场景仿真时，我切实体会到了其在 GPU 加速方面的显著优势，这些优势主要体现在以下几个关键方面：

1.强大的计算性能

• 随着场景中球体数量从 10 个逐步增加到 80 个，物理模拟的计算量呈指数级增长。当仅有 10 个球体时，由于计算任务相对较轻，普通计算设备也能实现较为流畅的模拟，此时 GPU 加速的效果不太容易察觉。然而，当球体数量增加到 20 个时，计算压力明显增大，若没有 GPU 加速，仿真过程可能会出现轻微卡顿。但在 Isaac Sim 中启用 GPU 加速后，整个模拟过程依旧保持着较高的流畅度，几乎让人感觉不到任何延迟。
• 当球体数量进一步增加到 50 个甚至 80 个时，GPU 加速的优势便得到了充分展现。在缺乏 GPU 加速的情况下，仿真很可能会陷入严重卡顿甚至无法正常运行的困境。而借助 GPU 加速，Isaac Sim 能够有效应对复杂的计算任务，依然可以保持一定的流畅性，实时且准确地呈现出球体的下落、碰撞和反弹等物理过程。

2.出色的实时响应能力

• GPU 具备强大的并行计算能力，这使得 Isaac Sim 能够高效地实时处理大量物理计算任务，确保了仿真的实时性。在不同球体数量的仿真场景中，无论球体数量多少，只要开启 GPU 加速功能，我们都能即时观察到球体的动态变化。这种实时性对于工业仿真而言至关重要，尤其是在那些需要实时反馈并及时调整参数的应用场景中。
  高效的负载均衡与任务分配
• GPU 拥有高效的负载均衡和任务分配机制，能够将多球体下落场景中的复杂计算任务合理地分配到众多核心上进行并行处理。随着球体数量的不断增加，每个核心负责处理一部分球体的物理模拟计算，避免了单个核心因任务过重而导致计算效率下降的问题，从而保证了仿真过程的持续流畅。
  这种强大的并行计算能力在工业仿真领域具有极其重要的意义：
  显著提升生产效率
• 在工业生产实际操作中，常常需要对复杂的生产流程和设备运行状态进行仿真模拟。GPU 的并行计算能力能够大幅缩短仿真所需的时间，显著提高生产效率。以汽车制造行业为例，在对汽车装配生产线进行仿真时，涉及众多零部件和机器人的协同作业，使用 GPU 加速技术可以快速完成仿真任务，帮助工程师及时发现潜在问题并优化生产流程。
  助力产品设计优化
• 通过 GPU 加速的工业仿真技术，能够对产品设计进行更加全面、深入的测试。在航空航天领域，对飞机的空气动力学性能进行仿真时，利用 GPU 的并行计算能力可以模拟各种复杂的飞行条件，为设计师优化飞机的外形设计提供有力支持，从而有效提高飞机的性能和安全性。
  有效降低生产成本
• 在工业研发和生产过程中，通过精确的仿真可以提前发现潜在问题，避免在实际生产中出现失误，从而降低生产成本。GPU 加速技术使得工业仿真能够更加快速、准确地进行，为企业节省了大量的时间和资金成本，有助于企业提升市场竞争力。

四、建议

尽管在多数情形中，GPU 加速展现出了卓越的性能，但在某些极为复杂的场景下，如包含大量高精度传感器模拟以及复杂物理交互的场景，Isaac Sim 仍然存在一定的性能瓶颈。建议对 GPU 加速算法进行进一步的优化，以提高在复杂场景中的计算效率和仿真流畅度。具体而言，可以对物理模拟和渲染算法进行更为精细的优化，削减不必要的计算开销，从而提升 GPU 资源的利用率。