仿真与回放

概述

Apollo 自动驾驶系统提供了完整的仿真与数据回放能力，开发者无需实车即可完成算法验证、场景测试和问题复现。仿真体系由三个核心子系统构成：

Dreamview 仿真模式：通过 SimControlManager 在浏览器可视化界面中模拟车辆运动，支持多种动力学模型
cyber_recorder 录制回放：基于 Cyber RT 通信框架的数据录制与回放工具，以 .record 格式存储所有 channel 消息
SimulationWorld 服务：将各模块实时数据聚合为统一的仿真世界状态，通过 WebSocket 推送给前端渲染

Apollo 的仿真支持两种主要模式：

模式	说明	适用场景
WorldSim	纯虚拟仿真，车辆按规划轨迹在地图上运动	算法开发、场景构建
LogSim	回放实车采集数据，重新运行部分模块	问题复现、回归测试

仿真架构

SimControlManager 仿真控制

核心组件

SimControlManager 是 Dreamview 仿真模式的核心管理器，位于：

modules/dreamview/backend/common/sim_control_manager/
├── common/
│   ├── sim_control_gflags.cc/h    # 仿真控制参数定义
│   ├── sim_control_util.cc/h      # 工具函数
│   └── interpolation_2d.cc/h      # 二维插值
├── core/
│   ├── sim_control_base.cc/h       # 抽象基类
│   ├── sim_control_with_model_base.cc/h  # 带动力学模型的基类
│   └── dynamic_model_factory.cc/h  # 动力学模型工厂
├── dynamic_model/
│   └── perfect_control/
│       ├── sim_perfect_control.cc/h  # 完美控制模型
│       └── sim_control_test.cc       # 单元测试
├── proto/
│   ├── dynamic_model_conf.proto   # 动力学模型配置定义
│   ├── fnn_model.proto            # FNN 模型定义
│   └── sim_control_internal.proto # 仿真控制内部消息定义
├── sim_control_manager.cc/h       # 管理器入口

动力学模型体系

SimControlManager 采用工厂模式管理多种车辆动力学模型：

完美控制模型（Perfect Control）

SimPerfectControl 是默认的仿真模型，假设车辆能完美执行规划轨迹。工作流程为：

订阅 Planning 模块发布的 ADCTrajectory
以 10ms 间隔执行 RunOnce()，在轨迹上用时间戳插值出当前位置
发布模拟的 LocalizationEstimate 和 Chassis 消息
以 100ms 间隔发布空的 PredictionObstacles（dummy prediction）

带动力学模型的仿真

SimControlWithModelBase 为基于物理动力学模型的仿真提供框架：

订阅 ControlCommand 作为输入（而非直接跟随 Planning 轨迹）
根据控制指令（油门、刹车、转向）通过动力学方程计算车辆状态
支持的模型包括 FNN（前馈神经网络）、EchoSim、Cascade 等

仿真控制参数

关键的 gflags 参数定义在 sim_control_gflags.cc 中：

cpp

// 仿真模块名称
--sim_control_module_name=sim_control

// 默认动力学模型
--dynamic_model_name=perfect_control

// 动力学模型相关文件路径
--fnn_model_path=sim_control/conf/fnn_model.bin
--backward_fnn_model_path=sim_control/conf/fnn_model_backward.bin

// Cyber Reader 缓冲队列大小
--reader_pending_queue_size=10

// 是否在非自动驾驶模式下也启用仿真
--enable_sim_at_nonauto_mode=true

// EchoSim 模型仿真步长
--echosim_simulation_step=0.001

cyber_recorder 录制与回放

cyber_recorder 是 Cyber RT 框架提供的命令行工具，支持对 channel 消息的录制、回放、查看、切分和修复。

源码结构

cyber/tools/cyber_recorder/
├── main.cc          # 命令行入口与参数解析
├── recorder.cc/h    # 录制功能：订阅 channel 并写入 .record 文件
├── player/
│   ├── player.cc/h          # 回放控制器
│   ├── play_param.h         # 回放参数结构体
│   ├── play_task.cc/h       # 回放任务定义
│   ├── play_task_producer.cc/h # 从 .record 文件读取消息生产任务
│   ├── play_task_consumer.cc/h # 消费任务并按时间戳发布消息
│   └── play_task_buffer.cc/h   # 生产者-消费者之间的任务缓冲
├── spliter.cc/h     # 按时间范围或 channel 切分 record 文件
├── recoverer.cc/h   # 修复损坏的 record 文件
└── info.cc/h        # 查看 record 文件的元信息

回放架构

命令详解

录制数据

bash

# 录制所有 channel
cyber_recorder record -a -o /data/bag/test.record

# 录制指定 channel
cyber_recorder record -c /apollo/localization/pose \
                      -c /apollo/perception/obstacles \
                      -c /apollo/planning \
                      -o /data/bag/test.record

# 排除指定 channel
cyber_recorder record -a -k /apollo/sensor/camera/front \
                      -o /data/bag/test.record

# 按时间分段录制（每 600 秒一个文件）
cyber_recorder record -a -i 600 -o /data/bag/test.record

# 按大小分段录制（每 2048 MB 一个文件）
cyber_recorder record -a -m 2048 -o /data/bag/test.record

录制参数说明：

参数	说明
`-a`	录制所有 channel
`-c <channel>`	白名单：仅录制指定 channel（可多次指定）
`-k <channel>`	黑名单：排除指定 channel（可多次指定）
`-o <file>`	输出文件路径（默认使用时间戳命名）
`-i <seconds>`	按时间间隔分段
`-m <MB>`	按文件大小分段

回放数据

bash

# 基本回放
cyber_recorder play -f /data/bag/test.record

# 多文件回放
cyber_recorder play -f test1.record test2.record test3.record

# 循环回放
cyber_recorder play -f test.record -l

# 调整回放速率（2 倍速）
cyber_recorder play -f test.record -r 2.0

# 从指定时间开始回放
cyber_recorder play -f test.record -b 2024-01-15-10:30:00

# 指定时间范围回放
cyber_recorder play -f test.record \
    -b 2024-01-15-10:30:00 \
    -e 2024-01-15-10:31:00

# 从第 30 秒开始回放
cyber_recorder play -f test.record -s 30

# 仅回放指定 channel
cyber_recorder play -f test.record \
    -c /apollo/localization/pose \
    -c /apollo/planning

# 延迟 5 秒开始回放
cyber_recorder play -f test.record -d 5

# 预加载 10 秒数据
cyber_recorder play -f test.record -p 10

回放参数说明：

参数	说明	默认值
`-f <file>`	输入 record 文件（必需，支持多文件）	-
`-a`	回放所有 channel	是（当未指定 `-c` 时）
`-c <channel>`	白名单：仅回放指定 channel	-
`-k <channel>`	黑名单：排除指定 channel	-
`-l`	循环回放	否
`-r <rate>`	回放速率倍数	1.0
`-b <time>`	开始时间（格式 `YYYY-MM-DD-HH:MM:SS`）	文件起始
`-e <time>`	结束时间	文件结尾
`-s <seconds>`	跳过前 N 秒	0
`-d <seconds>`	延迟 N 秒开始	0
`-p <seconds>`	预加载时间	3

查看 record 信息

bash

cyber_recorder info /data/bag/test.record

输出示例：

record_file:    test.record
version:        1.0
duration:       120.5 s
begin_time:     2024-01-15 10:30:00
end_time:       2024-01-15 10:32:00
size:           1.2 GB
message_number: 156832
channel_number: 25

channel: /apollo/localization/pose         type: apollo.localization.LocalizationEstimate   count: 12050
channel: /apollo/planning                  type: apollo.planning.ADCTrajectory              count: 1205
channel: /apollo/perception/obstacles      type: apollo.perception.PerceptionObstacles      count: 1205
...

切分 record 文件

bash

# 按时间范围切分
cyber_recorder split -f test.record \
    -o test_clip.record \
    -b 2024-01-15-10:30:00 \
    -e 2024-01-15-10:31:00

# 按 channel 切分
cyber_recorder split -f test.record \
    -o planning_only.record \
    -c /apollo/planning

修复损坏的 record 文件

bash

cyber_recorder recover -f corrupted.record -o recovered.record

Dreamview Plus 中的回放集成

Dreamview Plus（新版可视化平台）通过 RecordPlayerFactory 将 cyber_recorder 的回放功能集成到了 Web 界面中。

RecordPlayerFactory

modules/dreamview_plus/backend/record_player/record_player_factory.h

RecordPlayerFactory 是一个单例工厂，管理多个 Player 实例：

注册回放：RegisterRecordPlayer(record_name, file_path) 创建一个 Player 实例并注册
获取播放器：GetRecordPlayer(record_name) 获取已注册的 Player
LRU 缓存：预加载最多 3 个 record，最多保留 15 个已加载的 record，超出时移除最久未使用的
当前播放：SetCurrentRecord / GetCurrentRecord 管理当前正在播放的 record

在 Dreamview Plus 中回放数据

SimulationWorld 服务

SimulationWorldService 是 Dreamview 将所有模块数据汇聚为统一仿真世界视图的核心服务。

数据源订阅

SimulationWorldService 订阅以下 channel：

Channel	消息类型	数据来源
`/apollo/canbus/chassis`	`Chassis`	CAN 总线 / SimControl
`/apollo/localization/pose`	`LocalizationEstimate`	定位模块 / SimControl
`/apollo/perception/obstacles`	`PerceptionObstacles`	感知模块
`/apollo/prediction`	`PredictionObstacles`	预测模块
`/apollo/planning`	`ADCTrajectory`	规划模块
`/apollo/control`	`ControlCommand`	控制模块
`/apollo/perception/traffic_light`	`TrafficLightDetection`	交通灯检测
`/apollo/monitor`	`MonitorMessage`	系统监控

注意：/apollo/routing_response 是 SimulationWorldService 的发布（Writer）channel，而非订阅。

数据更新与推送流程

场景配置（Scenario）

Apollo 的仿真场景通过 Protobuf 配置定义，支持 WorldSim 和 LogSim 两种模式。

场景配置示例

protobuf

// modules/common_msgs/simulation_msgs/scenario.proto
message Scenario {
  optional string name = 1;
  optional string description = 2;

  // WorldSim 起终点
  optional Point start = 3;
  optional Point end = 4;

  // LogSim 数据源
  repeated string origin_log_file_path = 6;
  optional double log_file_start_time = 7;
  optional double log_file_end_time = 8;

  // 路由请求
  optional RoutingRequest routing_request = 9;

  // 仿真模式
  enum Mode {
    WORLDSIM = 0;        // 纯虚拟仿真
    LOGSIM = 1;          // 完整日志回放
    LOGSIM_CONTROL = 2;  // 回放到控制模块
    LOGSIM_PERCEPTION = 3; // 回放到感知模块
  }
  optional Mode mode = 25 [default = WORLDSIM];

  // 交通灯配置
  enum DefaultLightBehavior {
    ALWAYS_GREEN = 0;  // 常绿
    CYCLICAL = 1;      // 红绿灯循环
  }
  optional DefaultLightBehavior default_light_behavior = 20 [default = ALWAYS_GREEN];
  optional double red_time = 21 [default = 15.0];
  optional double green_time = 22 [default = 13.0];
  optional double yellow_time = 23 [default = 3.0];

  // 初始车速和加速度
  optional double start_velocity = 16 [default = 0.0];
  optional double start_acceleration = 17 [default = 0.0];

  // 场景最大运行时间（仅 WorldSim）
  optional int32 simulator_time = 15;
}

场景模式说明

模式	工作方式
`WORLDSIM`	SimPerfectControl 生成虚拟 Localization 和 Chassis，Planning 正常运行
`LOGSIM`	完整回放 record 文件中的所有模块数据
`LOGSIM_CONTROL`	回放感知和规划数据，Control 模块实时运行
`LOGSIM_PERCEPTION`	回放传感器原始数据，Perception 和后续模块实时运行

Dreamview 配置文件

Dreamview 经典版

配置文件路径：modules/dreamview/conf/dreamview.conf

bash

--flagfile=/apollo/modules/common/data/global_flagfile.txt

启动文件：modules/dreamview/launch/dreamview.launch

Dreamview Plus

配置文件路径：modules/dreamview_plus/conf/dreamview.conf

bash

--flagfile=/apollo/modules/common/data/global_flagfile.txt
--static_file_dir=/apollo/modules/dreamview_plus/frontend/dist
--default_data_collection_config_path=/apollo/modules/dreamview_plus/conf/data_collection_table.pb.txt
--default_preprocess_config_path=/apollo/modules/dreamview_plus/conf/preprocess_table.pb.txt
--data_handler_config_path=/apollo/modules/dreamview_plus/conf/data_handler.conf
--vehicle_data_config_filename=/apollo/modules/dreamview_plus/conf/vehicle_data.pb.txt
--default_hmi_mode=Default
--server_ports=8888

启动文件：modules/dreamview_plus/launch/dreamview_plus.launch

典型操作流程

WorldSim 仿真

bash

# 1. 启动 Dreamview Plus
bash scripts/bootstrap.sh start_plus
# 或使用 cyber_launch
cyber_launch start modules/dreamview_plus/launch/dreamview_plus.launch

# 2. 在浏览器中打开 http://localhost:8888
# 3. 在 HMI 面板中选择仿真模式 (Sim Control)
# 4. 选择地图和车辆
# 5. 设置路由起终点
# 6. 启动自动驾驶模块（Planning, Prediction 等）
# 7. 点击 "Start" 开始仿真

LogSim 回放

bash

# 1. 启动 Dreamview Plus
cyber_launch start modules/dreamview_plus/launch/dreamview_plus.launch

# 2. 通过命令行回放 record 文件
cyber_recorder play -f /data/bag/2024-01-15/test.record -l

# 或者在 Dreamview Plus 界面中选择 record 文件进行回放

# 3. 可以同时启动特定模块进行在线处理
# 例如仅回放感知数据，让 Planning 实时运行：
cyber_recorder play -f test.record \
    -c /apollo/perception/obstacles \
    -c /apollo/localization/pose \
    -c /apollo/canbus/chassis

数据录制

bash

# 在实车测试或仿真过程中录制数据
# 录制所有核心 channel，每 300 秒分段
cyber_recorder record -a \
    -k /apollo/sensor/camera/front/image \
    -k /apollo/sensor/lidar/compensator/PointCloud2 \
    -i 300 \
    -o /data/bag/$(date +%Y%m%d%H%M%S).record

# 录制完成后查看信息
cyber_recorder info /data/bag/*.record

动力学模型配置

动力学模型通过 DynamicModelConf protobuf 配置：

protobuf

message DynamicModelConf {
    optional string dynamic_model_name = 1;  // 模型名称
    optional string library_name = 2;        // 动态库名称
    repeated string dynamic_model_files = 3; // 模型文件列表
    optional string depend_model_package = 4; // 依赖包
}

通过 Dreamview 的 HMI 接口可以动态加载、切换和卸载动力学模型，无需重启仿真。

贡献者

Steven Moder

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仿真与回放 ​

概述 ​

仿真架构 ​

SimControlManager 仿真控制 ​

核心组件 ​

动力学模型体系 ​

完美控制模型（Perfect Control） ​

带动力学模型的仿真 ​

仿真控制参数 ​

cyber_recorder 录制与回放 ​

源码结构 ​

回放架构 ​

命令详解 ​

录制数据 ​

回放数据 ​

查看 record 信息 ​

切分 record 文件 ​

修复损坏的 record 文件 ​

Dreamview Plus 中的回放集成 ​

RecordPlayerFactory ​

在 Dreamview Plus 中回放数据 ​

SimulationWorld 服务 ​

数据源订阅 ​

数据更新与推送流程 ​

场景配置（Scenario） ​

场景配置示例 ​

场景模式说明 ​

Dreamview 配置文件 ​

Dreamview 经典版 ​

Dreamview Plus ​

典型操作流程 ​

WorldSim 仿真 ​

LogSim 回放 ​

数据录制 ​

动力学模型配置 ​

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