概述

本节介绍 FastSim 的核心概念体系，涵盖统一仿真抽象层 UniSim、场景与实体管理、控制器与命令队列、以及可插拔扩展机制。理解这四个模块及其职责边界，是合理使用 FastSim 进行仿真开发的基础。

FastSim 的核心设计围绕配置驱动展开——通过 YAML/JSON 配置文件描述仿真环境与流程，并由各 Manager 模块在运行时完成实例化与调度。stereotype 机制是其中的核心枢纽，它将配置类型（Config）与运行时实体（Model）绑定，使得注册和扩展新的实体类型无需修改框架核心代码。

各模块之间职责清晰：

• UniSim：仿真器启动与步进，提供统一的 step / reset / is_running 接口。
• SceneManager：从配置构建实体（base / object / robot / sensor / light），并在每个 step 前后执行实体写回与状态更新。
• ControllerManager：在仿真主循环中执行命令队列，支持同步/异步调度。
• ExtensionManager：按配置启用扩展，将录制、服务化、benchmark 等能力挂接到仿真生命周期。
• TaskManager：将 YAML 中定义的 action 序列与 goal 条件转换为可执行任务，驱动 episode 生命周期。

本节各页内容

UniSim 统一接口

UniSim 是 FastSim 的后端无关抽象层，定义了仿真器的初始化、步进与状态查询接口。上层的场景、控制与任务逻辑均通过 UniSim 与底层仿真器解耦。本页介绍 UniSim 的职责边界、生命周期接口定义、后端选择机制（UniSimFactory），以及 IsaacLab 后端的典型初始化行为与配置字段含义。

Scene 场景

Scene 描述仿真世界的组成与实体实例化方式，由 SceneManager 负责执行。本页介绍 SceneManager 如何将 scene 配置中的 base、object、robot、sensor、light 转换为运行时实体，以及仿真循环中固定的三段式更新节奏（Pre-Physics Update → UniSim.step → Post-Physics Update）。此外还涵盖各实体类型的 stereotype 定义（刚体、关节体、相机、通用机器人、光源等），以及资产路径的解析规则（绝对路径、相对路径、root_key:// 协议）。

Controller 控制器

Controller 层定义了在仿真循环中如何对实体施加控制。本页介绍命令队列（Command）的调度机制——包括 SimpleCommand 与 MultiCommand 的区别、优先级排序、同步/异步执行模式，以及 Result.unwrap() 的异常安全返回约定。同时介绍 FastSim 内置的四类控制器 API：SpawnableController（反射式实体调用）、RobotController（轨迹与基础 IK）、MotionPlanController（规划器接口映射）与 ActionController（任务动作执行），并说明主线程与控制线程的安全访问边界。

Extension 扩展

Extension 是 FastSim 的可插拔模块层，将录制、回放、Benchmark、HTTP 服务等非核心能力挂接到仿真生命周期。本页介绍各扩展的职责与挂接点：data_collect 负责观测采集，record 负责异步写入与终止后处理（导出 HDF5、视频等产物），replay 从 HDF5 文件加载轨迹并在仿真中回放，server 将控制器方法暴露为 REST API，benchmark 按 episode 循环运行策略并评估目标条件。还介绍了扩展的启用顺序与依赖关系（record 依赖 data_collect），以及从录制到回放的完整数据链路。