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自动驾驶—CARLA仿真（3）坐标和坐标变换

news 2026/7/6 5:22:11

官方文档

全局坐标系

CARLA 基于 Unreal Engine 4.26 构建，采用与之相同的左手坐标系。更多关于 Unreal Engine 坐标系的细节，请参阅 Unreal Engine 官方文档。

对于站在原点、面朝X 轴正方向的观察者，坐标轴关系如下：

Z 轴：向上（Up）
X 轴：向前（Forward）
Y 轴：向右（Right）

在整个 CARLA API 中，距离单位为米（meters），角度单位为度（degrees）。因此，当 CARLA 与其他使用右手坐标系、弧度制角度、厘米或英制单位的应用程序交互时，必须进行相应的单位转换。

参与者（Actor）坐标系

车辆、行人等参与者（Actors）拥有各自的局部坐标系，用于维护传感器位置等局部一致的坐标关系。

按照惯例，CARLA 中的车辆坐标系定义如下：

车头指向X 轴正方向
车辆右侧指向Y 轴正方向
车顶指向Z 轴正方向
坐标原点通常位于车辆包围盒在 X、Y 方向的中心附近，Z 方向则非常接近包围盒的最低面。

CARLA 行人的坐标系类似设定：

面朝X 轴正方向
右臂指向Y 轴正方向
头部朝向Z 轴正方向
坐标原点通常位于静止姿态下包围盒的中心。

通过 CARLA API 处理坐标

CARLA API 提供了多个工具类，用于处理坐标及坐标变换。

Location（位置）

Location对象用于定义坐标，并在变换、生成或移动对象时使用。

以下代码展示了如何创建一个表示X=10m, Y=10m, Z=1m的位置对象：

# 使用位置参数的默认构造函数location=carla.Location(10,10,1)# 使用关键字参数location=carla.Location(x=10,y=10,z=1)# 无参数构造（默认原点）location=carla.Location()# x=y=z=0

可省略任意或全部关键字参数，未指定的轴将被设为 0。

Rotation（旋转）

Rotation对象用于定义 CARLA 坐标系中的旋转。旋转以欧拉角（Euler angles）形式表示，包含roll（滚转）、pitch（俯仰）、yaw（偏航），单位为度（degrees）。
旋转按yaw → pitch → roll的顺序内旋（intrinsic rotation）应用。

以下代码创建一个roll=10°, pitch=10°, yaw=90°的旋转对象：

# 使用位置参数（顺序：pitch, yaw, roll）rotation=carla.Rotation(10,90,10)# 使用关键字参数rotation=carla.Rotation(pitch=10,yaw=90,roll=10)# 无参数构造（默认无旋转）rotation=carla.Rotation()# pitch=yaw=roll=0

可省略任意或全部关键字参数，未指定的角度将被设为 0。

Transform（变换）

Transform对象用于完整描述一个物体的位姿（pose），包含其 3D 位置和旋转。

可通过Location和Rotation创建Transform：

# 定义位置和旋转location=carla.Location(10,10,1)rotation=carla.Rotation(yaw=90)# 创建变换transform=carla.Transform(location,rotation)

该变换可用于生成参与者（如车辆）：

vehicle=world.spawn_actor(vehicle_bp,transform)

可通过get_transform()查询参与者的变换，并访问其位置和旋转属性：

print(vehicle.get_transform())print(vehicle.get_transform().location)print(vehicle.get_transform().rotation)# 输出示例：# Transform(Location(x=10, y=10, z=1.0), Rotation(pitch=0.0, yaw=90, roll=0.0))# Location(x=10, y=10, z=1.0)# Rotation(pitch=0.0, yaw=90, roll=0.0)

Transform对象提供实用方法，用于对其他坐标应用变换：

transform()：将局部坐标转换为全局坐标
例如，计算安装在车辆上的传感器在全局坐标系中的位置：

sensor_local_coord=carla.Location(1,0,0)# 传感器在车体坐标系中的位置vehicle_transform=vehicle.get_transform()sensor_global_coord=vehicle_transform.transform(sensor_local_coord)# 输出：Vector3D(x=10.0, y=11.0, z=1.0)

inverse_transform()：将全局坐标转换为局部坐标
例如，将世界中某物体的位置转换到车辆的局部坐标系（常用于自动驾驶感知系统）：
```
location=carla.Location(1,0,0)# 全局坐标vehicle_transform=vehicle.get_transform()transformed_location=vehicle_transform.inverse_transform(location)
```

地理坐标（Geocoordinates）

地理坐标是大地坐标（geodetic coordinates），以纬度（latitude）、经度（longitude）、海拔（altitude）表示地球表面位置。

CARLA 地图的 OpenDRIVE 定义文件（.xodr）可在元数据中包含地理参考（georeference）。OpenDRIVE 标准中地理参考的详细信息请参阅相关文档。

在 OpenDRIVE 文件中，地理参考信息位于<header>标签内：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><OpenDRIVE><header...><geoReference><![CDATA[+proj=tmerc +lat_0=0 +lon_0=0 +k=1 +x_0=0 +y_0=0 +ellps=WGS84]]></geoReference>...</header>...</OpenDRIVE>

CARLA 的Map对象利用此地理参考信息，通过地图投影实现CARLA 世界坐标 ↔ 地理坐标的相互转换。geoReference中的参数定义了所用投影类型及 CARLA 地图中心（X=Y=Z=0 点）对应的地理坐标。

将 CARLA 坐标转换为地理坐标：

carla_map=world.get_map()location=carla.Location(0,0,0)print(carla_map.transform_to_geolocation(location))# 输出示例：# GeoLocation(latitude=0.000099, longitude=0.000090, altitude=1.000000)

将地理坐标转换为 CARLA 坐标：

geolocation=carla.GeoLocation(latitude=0.000099,longitude=0.000090,altitude=1.000000)carla_map=world.get_map()print(carla_map.geolocation_to_transform(geolocation))# 输出示例：# Location(x=10.014747, y=11.016221, z=1.000000)