AirSim 无人机仿真入门：实现起飞与降落

1 安装 AirSim

1.2 内容梳理

Epic Games 是一家游戏公司，Unreal Engine（简称 UE）是 Epic Games 开发的一款游戏引擎。AirSim 是基于 Unreal Engine 开发的一个模拟器，它主要用来模拟无人机（Drone）和自动驾驶汽车的运行环境。

1.3 步骤总结

建议按照相关教程一步一步安装。

安装 Epic 平台： 记得注册账号。
下载 UE： 点击 Epic 平台左边的'虚幻引擎'菜单，'库'里面有不同的虚幻引擎版本，选择 4.27.2 版本进行安装，这个版本比较适配 AirSim。
安装 VS Community 2022： 记得勾选'C++ 桌面开发'、'Windows 10 SDK 10.0.19041'，并在'单个组件'选项卡下选择最新的'.NET Framework SDK'。
安装 git bash 工具。
克隆 AirSim 工程： 进入要安装 AirSim 的磁盘，执行 git clone。进入目录 build.cmd。编译好之后会在 AirSim\Unreal 文件夹中生成 Plugins 文件夹。这个 Plugins 文件夹非常重要。

检验虚拟引擎和 AirSim 是否安装成功： 使用 AirSim 自带的 Block 环境进行测试。

至此，AirSim 全部安装完成，下面可以直接使用 AirSim 做仿真了。

2 开始使用 AirSim

2.2 内容梳理

从虚幻商城选择一个场景创建工程，把 AirSim 作为插件导入这个工程中。

2.3 步骤总结

创建工程： 从虚幻商城中找到场景，创建工程，得到.uproject 文件。
新建 C++ 类： 双击.uproject 文件进入关卡编辑器，新建 C++ 类，等待编译完成（这一步耗时较长，而且要关注 VS2022 的左下角的编译进度），得到.sln 文件，至此'山脉景观'场景工程创建完成。
添加 AirSim 插件： 复制 AirSim\Unreal\Plugins 文件夹到 LandscapeMountains 文件夹中。
修改文件： 修改 LandscapeMountains.uproject 文件，修改 LandscapeMountains\Config\DefaultGame.ini 文件。
创建 VS 工程： 右键点击 LandscapeMountains.uproject 文件，选择'Generate Visual Studio project files'选项，会生成.sln 工程文件。
改成多旋翼模式： 把 settings.json 文件中的仿真模式改为多旋翼。

{"SettingsVersion":1.2, "SimMode":"Multirotor"}

进入工程： 双击打开 LandscapeMountains.sln，设置编译选项为'DebugGame Editor'和'Win64'，同时将 LandscapeMountains 设为启动项，点击'调试'->'开始调试'，或者直接点击'本地 Windows 调试器'，这时会自动打开虚幻引擎的关卡编辑器。此时，虚幻引擎编辑器右下角出现了'新插件可用'的提示，说明虚幻引擎已经能够识别到 AirSim 插件了。
设置游戏模式为 AirSim： 在关卡编辑器中，将右侧'世界场景设置'中的'游戏模式重载'设置为'AirSimGameMode'，点击'保存当前关卡'。
运行： 点击绿色三角开始仿真。

至此 AirSim 插件已经加载到虚幻引擎场景工程中了。

3 撰写 python 控制程序

3.2 内容梳理

安装好 python 的运行环境，主要使用 conda 虚拟环境的 python 解释器，pycharm 充当编辑器的作用。使用 AirSim 官方提供的 python API，与无人机建立联系，控制无人机的起飞和降落。

3.3 步骤总结

安装 Anaconda 并创建环境： 创建虚拟环境，并在该环境中安装必需的包。

pip install msgpack-rpc-python
pip install airsim

安装 pycharm： 安装了社区版，是免费的，目前功能够用。
创建工程： pycharm 中创建一个新的 python 工程，解释器选择上面新建的 conda 环境中的 python 解释器：conda 的安装路径\envs\airsim\python.exe。
创建 python 文件： 在新建的 python 工程中新建一个 python File，将下面的代码复制进去：

import airsim

# 与 AirSim 仿真器建立连接，并且返回句柄
client = airsim.MultirotorClient()
client.confirmConnection()

# 获得控制权
client.enableApiControl(True)

# 解锁无人机
client.armDisarm(True)

# Async 函数在执行的时候会立即返回。此时有可能任务还没执行完。在后面加上.join()，就可以让当前函数执行完才执行下一行
client.takeoffAsync().join()
client.landAsync().join()

# 上锁
client.armDisarm(False)
# 释放控制权
client.enableApiControl(False)

python 与 AirSim 的通信机制： AirSim API 使用的是 TCP/IP 中的 msgpack-rpc 协议，可以用两台不同的电脑来做仿真，一台跑 AirSim 和 Unreal（仿真），另一台跑 python 程序（算法）。当 AirSim 开始仿真的时候，会打开 41451 端口，并监听这个端口的需求。python 程序使用 msgpack serialization 格式向这个端口发送 RPC 包，就可以与 AirSim 进行通信了。如果 41451 端口已经被其他程序使用了，那么可以通过 settings 文件改变 AirSim 使用的端口号。使用这种网络通信协议的方式，可以将 AirSim 和 python 程序隔离，互不干扰。所以不需要修改 AirSim 的任何源代码，就可以满足非常多的仿真需求；而且即使 python 程序中断了，AirSim 的仿真也可以继续进行。

示例：一台跑仿真，一台跑 python 程序

server_ip = "192.168.0.10" # 示例 IP 地址
port = 41451
client = airsim.MultirotorClient(ip=server_ip, port=port)

运行代码： 在右上角点击绿色三角形运行 python 程序，仿真中的四旋翼会先起飞到一定高度，然后降落。

4 注意事项

问题： 我发现进行仿真的时候，我的 UE 界面没有显示三个摄像头的画面，跟原教程截图的不一样。

解决方法： 修改 settings.json 文件打开无人机的三个摄像头窗口。

"SubWindows":[{"WindowID":0, "ImageType":0, "CameraName":"front_center", "Visible": true}, {"WindowID":1, "ImageType":3, "CameraName":"front_center", "Visible": true}, {"WindowID":2, "ImageType":5, "CameraName":"front_center", "Visible": true}]

其中，ImageType 的值表示图像类型。

CameraName 的值表示是哪一个相机。

至此，AirSim 环境已成功安装，并实现了使用 Python 程序控制无人机的功能。这可以视作 AirSim 入门的'Hello World'示例。

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