PyBullet ile sahne kurma ve fizik

Kanca

Bu ders bir simülasyonun ekranda gördüğün kısmıyla arka planda hesaplanan kısmını ayırıyor. Aşağıdaki sahnede engelleri sürükleyip yeniden planlat: değişen şey görüntü değil, altta çalışan çarpışma ve arama hesabı. PyBullet'te de ayrım aynıdır — stepSimulation() çağrılmadıkça sahne zamanda ilerlemez, çizim ne kadar akıcı olursa olsun.

Ne oldu

PyBullet, Bullet fizik motorunun Python arayüzü — oyunlar, görsel efekt, robotik ve pekiştirmeli öğrenme için katı cisim dinamiği (rigid body dynamics) ve çarpışma algılama (collision detection) sağlayan, URDF dosyalarını doğrudan yükleyebilen bir kütüphane.

Bu platformun reference-python/ klasöründeki backend/simulation/scene.py dosyası bir sahnenin nasıl adım adım kurulduğunu gösteriyor:

def connect(gui: bool = False) -> int:
    mode = p.GUI if gui else p.DIRECT
    client_id = p.connect(mode)
    p.setAdditionalSearchPath(pybullet_data.getDataPath())
    p.setGravity(0, 0, -9.8)
    p.loadURDF("plane.urdf")
    return client_id

Üç ayrı karar burada görünür:

• GUI ve DIRECT modu: p.GUI bir pencere açıp sahneyi anlık çizer — insan gözlemi için ama yavaş. p.DIRECT hiçbir pencere açmaz, sadece hesaplar. Testlerde ve otomatik çalıştırmalarda daima DIRECT kullanılır (bkz. reference-python/CLAUDE.md) — çizmenin kendisi zaman alır, hesabın doğruluğunu etkilemez.
• Yerçekimi: setGravity(0, 0, -9.8), z ekseninde dünya yerçekimi ivmesini (yaklaşık 9.8 m/s²) tanımlar. Bu bir ivme vektörüdür, kuvvet değil — cisme etkiyen kuvvet, kütlesiyle çarpılarak çıkar (bu yüzden baseMass=0 verilen cisim yerçekiminden etkilenmez). Bu satır olmadan sahnedeki hiçbir cisim düşmez.
• Zemin: plane.urdf, PyBullet'in kendi paketiyle gelen hazır bir düzlem modeli — sahnenin "yer" referansı.

Robot ise ayrı bir çağrıyla, sabit tabanlı olarak yüklenir:

def load_robot() -> int:
    return p.loadURDF("kuka_iiwa/model.urdf", useFixedBase=True)

useFixedBase=True, robotun tabanının dünyaya sabitlendiği (bir mobil robot gibi yerde kaymadığı) anlamına gelir — sabit tabanlı bir endüstriyel kol için doğru varsayım.

Engeller farklı bir mantıkla eklenir. backend/simulation/obstacles.py içindeki add_obstacle, her engeli baseMass=0 ile oluşturur:

return p.createMultiBody(
    baseMass=0,
    baseCollisionShapeIndex=collision_shape,
    baseVisualShapeIndex=visual_shape,
    basePosition=obstacle.center,
)

Kütlesi sıfır olan bir cisim PyBullet'in fizik motorunda hiç hareket etmez — sabit (statik) kalır. Bu, engellerin robot tarafından itilip kaydırılamayacağını garantiler.

Önemli ayrım: Bu platformdaki (ve reference-python'daki) yol planlayıcılar (A*, RRT, RRT*), PyBullet'in TAM fizik/temas hesabını KULLANMAZ — arama sırasında her aday nokta, çok daha hızlı bir geometrik testle kontrol edilir (is_collision_free, is_path_segment_free; bu platformun TypeScript karşılığı lib/robotics/collision.ts içindeki isPointFree ve isSegmentFree). Yukarıdaki sahnede "Çalıştır"a bastığında çalışan tam olarak bu geometrik kontrol — PyBullet'in kendisi bu platformda tarayıcı tarafında hiç çalışmıyor (bkz. docs/02-mimari.md "hesaplama tarayıcıda yapılır"). reference-python tarafında PyBullet çalışıyor, ama orada da çarpışma kararını o vermiyor: depo, engelleri PyBullet sahnesine yalnızca görselleştirme için ekler, kararı aynı bağımsız geometrik testle üretir (bkz. reference-python/docs/architecture.md).

Gerçek dünyada

PyBullet, robotik araştırmalarında ve pekiştirmeli öğrenme (reinforcement learning) deneylerinde yaygın kullanılan açık kaynaklı bir araç — gerçek donanım kırılmadan önce bir kontrol algoritmasını binlerce kez ücretsiz "denemeye" izin verir. Bu platformun kendi reference-python/ projesi tam olarak bu amaçla kurulmuş: KUKA iiwa'yı gerçek geometrisiyle (URDF üzerinden) yükleyip planlanan yolu gözle görülebilir bir sahnede oynatıyor. Doğrulamanın kendisi orada da geometrik testle yapılıyor — fizik motoru sahneyi gösteriyor, kararı vermiyor. İkisini ayırmak önemli: bir simülatörün ekranda bir şey göstermesi, o şeyi doğruladığı anlamına gelmez.

Dene

Sahneye birkaç engel ekle, sonra "Çalıştır"a bas. A*'ın bulduğu yolun engellerin gerçekten dışından geçtiğini gözlemle. Şimdi bir engeli başlangıç noktasının tam üstüne koy — planlayıcının hâlâ bir yol bulup bulamadığına, bulamıyorsa ne kadar sürede "başarısız" sonucuna vardığına bak.

Kaynak kodu: connect, add_obstacle, isPointFree

Sonraki

Bir sahne kurup fiziğini gördün. Sıradaki ders, bu simülasyonun endüstride "dijital ikiz" denen kavramla aynı şey olup olmadığını — ve neden olmadığını — ele alıyor.