シナリオシミュレーション

シーンの作成、センサーデータの生成、シミュレーション環境でのアルゴリズムのテスト

現実的な無人航空機 (UAV) シナリオおよびセンサーモデルを使用したシミュレーションは、UAV アルゴリズムのテストに欠かせない部分です。UAV Toolbox には、これらのアルゴリズムをテストするためのシミュレーション環境が 2 つ用意されています。両方の環境にはそれぞれの用途があり、ある環境が別の環境の代わりになることはありません。

"直方体シミュレーション環境" では、シナリオ内のビークルおよび他のプラットフォームが単純な箱の形状、またはポリゴンメッシュ (LiDAR アプリケーションの場合) として表されます。この環境を使用して、迅速にシナリオを作成したり、センサーデータを生成したりします。MATLAB^® と Simulink^® の両方で、コントローラー、追跡アルゴリズム、およびセンサーフュージョンアルゴリズムをテストします。シナリオの作成を開始するには、uavScenario オブジェクトを使用します。
"Unreal Engine^® シミュレーション環境" (Simulink 3D Animation™ が必要) では、シナリオは Epic Games^® の Unreal Engine を使用してレンダリングされます。この環境を使用して、より現実的なグラフィックスを使用したシナリオの可視化、高忠実度のレーダー、カメラ、LiDAR センサーデータの生成、知覚インザループシステムのテストを行います。この環境は Simulink で使用可能であり、Windows^® でのみ実行できます。詳細については、無人航空機用の Unreal Engine シミュレーションを参照してください。

謝辞

アプリ

UAV シナリオデザイナー

Design UAV scenarios with terrain, platforms, and sensors (R2022a 以降)

関数

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UAV 直方体シナリオ

`uavScenario`	UAV シミュレーションシナリオの生成 (R2020b 以降)
`uavSensor`	Sensor for UAV scenario (R2020b 以降)
`uavPlatform`	UAV platform for sensors and winds in scenarios (R2020b 以降)
`extendedObjectMesh`	Mesh representation of extended object (R2020b 以降)

軌跡の生成

`uavMission`	Mission data for UAV flight (R2022b 以降)
`uavCoveragePlanner`	Path planner for UAV space coverage (R2023a 以降)
`uavCoverageSpace`	2D coverage area for coverage planner (R2023a 以降)
`coverageDecomposition`	Decompose concave polygon into convex polygons (R2023a 以降)
`multirotorMissionParser`	Generate trajectory for multirotor UAV from mission (R2022b 以降)
`multirotorFlightTrajectory`	Multirotor UAV trajectory (R2022b 以降)
`fixedwingMissionParser`	Generate trajectory for fixed-wing UAV from mission (R2022b 以降)
`fixedwingFlightTrajectory`	Fixed-wing UAV trajectory (R2022b 以降)
`waypointTrajectory`	Waypoint trajectory generator
`polynomialTrajectory`	Piecewise-polynomial trajectory generator (R2023a 以降)

センサーモデル

`gpsSensor`	GPS 受信機シミュレーションモデル (R2020b 以降)
`insSensor`	慣性ナビゲーションシステムと GNSS/GPS のシミュレーションモデル (R2020b 以降)
`uavLidarPointCloudGenerator`	Generate point clouds from meshes (R2020b 以降)
`createCustomSensorTemplate`	Create sample implementation for UAV custom sensor interface (R2021a 以降)
`uav.SensorAdaptor`	Custom UAV sensor interface (R2021a 以降)
`targetPoses`	Find positions, orientations, velocities, angular velocities, and accelerations of targets relative to ego UAV platform (R2023b 以降)

風モデル

`uavWindSteady`	Generate steady wind for UAV platform (R2024a 以降)
`uavWindGust`	Generate wind gust for UAV platform (R2024a 以降)
`uavWindTurbulence`	Generate wind turbulence for UAV platform with discretized Von Kármán velocity spectra (R2024a 以降)

変換ツリー

`transformTree`	Define coordinate frames and relative transformations (R2020b 以降)
`getGraph`	Graph object representing tree structure (R2020b 以降)
`getTransform`	Get relative transform between frames (R2020b 以降)
`info`	List all frame names and stored timestamps (R2020b 以降)
`removeTransform`	Remove frame transform relative to its parent (R2020b 以降)
`show`	Show transform tree (R2020b 以降)
`updateTransform`	Update frame transform relative to its parent (R2020b 以降)

Unreal Engine プロジェクト

`sim3d.Editor`	Unreal Engine プロジェクトへのインターフェイス (R2020b 以降)
`sim3d.maps`	Access additional scenes from the server (R2022b 以降)
`copyExampleSim3dProject`	Copy support package files and plugins to specified folders (R2022b 以降)

ブロック

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UAV ミッションの制御と可視化

UAV Guidance Model	Reduced-order model for UAV
UAV Animation	並進と回転を使用した UAV 飛行経路のアニメーション
Path Manager	Compute and execute a UAV autonomous mission (R2020b 以降)

Unreal Engine 3-D シミュレーション

Simulation 3D UAV Vehicle	Place UAV vehicle in 3D visualization (R2020b 以降)
Simulation 3D Scene Configuration	Scene configuration for 3D simulation environment (R2020b 以降)
Simulation 3D Camera	Camera sensor model with lens in 3D simulation environment (R2020b 以降)
Simulation 3D Fisheye Camera	Fisheye camera sensor model in 3D simulation environment
Simulation 3D Lidar	Lidar sensor model in 3D simulation environment (R2020b 以降)
Simulation 3D Ultrasonic Sensor	Ultrasonic sensor model in 3D simulation environment (R2023a 以降)
Video Send	Send video stream to remote hardware (R2021b 以降)

センサー

GPS	ノイズのある GPS センサー読み取りのシミュレーション (R2021b 以降)
INS	Simulate INS sensor (R2021b 以降)

UAV 直方体シナリオシミュレーション

UAV Scenario Configuration	Configure and simulate UAV scenarios (R2021b 以降)
UAV Scenario Get Transform	Get transforms from UAV scenario platforms (R2021b 以降)
UAV Scenario Lidar	Simulate lidar measurements based on meshes in scenario (R2021b 以降)
UAV Scenario Motion Read	Read platform and sensor motions from UAV scenario simulation (R2021b 以降)
UAV Scenario Motion Write	Update platform motion in UAV scenario simulation (R2021b 以降)
UAV Scenario Scope	Visualize UAV scenario and lidar point clouds (R2021b 以降)

シーンおよびビークルの寸法

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シーン

US City Block	US city block Unreal Engine environment
Suburban	Suburban Unreal Engine environment

ビークル

クワッドローター	クワッドロータービークルの寸法
固定翼航空機	固定翼航空機の寸法

トピック

シミュレーションの基本

無人航空機用の Unreal Engine シミュレーション
Simulink で無人航空機アルゴリズムを使用し、Epic Games の Unreal Engine を使用してバーチャル環境でパフォーマンスを可視化する方法を学習する。
Unreal Engine Simulation Environment Requirements and Limitations
When simulating in the Unreal Engine environment, keep these software requirements, minimum hardware requirements, and limitations in mind.
UAV 用の Unreal Engine シミュレーションの仕組み
Simulink と Unreal Engine のコシミュレーションフレームワークおよびシミュレーションへのブロック実行順序の影響について説明します。
Coordinate Systems for Unreal Engine Simulation in UAV Toolbox
Understand the world and UAV coordinate systems when simulating in the Unreal Engine environment.

センサーを使用したシミュレーション

Simulate UAV Mission in Urban Environment
Simulate a UAV mission in an urban environment using UAV scenario and OpenStreetMap® data of Manhattan, New York
Simulate IMU Sensor Mounted on UAV
Create a sensor adaptor for an imuSensor from Navigation Toolbox™ and gather readings for a simulated UAV flight scenario.
Simulate Radar Sensor Mounted on UAV
The radar sensor enables a UAV to detect other vehicles in the airspace, so that the UAV can predict other vehicle motion and make decisions to ensure clearance from other vehicles. This example shows how to simulate a radar sensor mounted on a UAV using the uavScenario and radarDataGenerator objects. During the scenario simulation, the radarDataGenerator object generates flight tracks of another vehicle in the scenario. The ego vehicle can utilize such track information to decide whether a collision is about to happen and decide whether a flight plan change is required.
Unreal Engine シミュレーション用のセンサーの選択
Unreal Engine での 3D シミュレーション中に使用するカメラ、または LiDAR センサーを決定する。
Simulate Simple Flight Scenario and Sensor in Unreal Engine Environment
Visualize sensors in a simulation environment that uses Unreal Engine® from Epic Games®.
Depth and Semantic Segmentation Visualization Using Unreal Engine Simulation
This example shows how to visualize depth and semantic segmentation data captured from a camera sensor in a simulation environment. This environment is rendered using the Unreal Engine® from Epic Games®.
Stream Camera, Depth and Semantic Segmentation Data from Unreal Engine to NVIDIA Jetson
This example shows how to stream simulated camera, depth, and semantic segmentation label data from an Unreal Engine® scene to NVIDIA® Jetson™ hardware using the Video Send block in Simulink®. It then shows how to visualize incoming data streams on a monitor connected to the Jetson platform, by deploying separate models for each incoming data stream. The deployed models contain the Network Video Receive and SDL Video Display blocks from the MATLAB® Coder™ Support Package for NVIDIA Jetson and NVIDIA DRIVE® Platforms.
Map Environment for Motion Planning Using UAV Lidar
Use a UAV with lidar sensor to create a 3D occupancy map for motion planning.

シーンのカスタマイズ

UAV 用の Unreal Engine シーンのカスタマイズ

UAV フライトアプリケーション用に Unreal Engine シーンをカスタマイズする。
- ステップ 1: シーンをカスタマイズするためのサポートパッケージのインストール
- ステップ 2: 以前のサポートパッケージを使用して開発したプロジェクトの移行
- ステップ 3: Customize Unreal Engine Scenes Using Simulink and Unreal Editor
- ステップ 4: Package Custom Scenes into Executable
Apply Semantic Segmentation Labels to Custom Scenes
Apply labels to objects in a scene so that you can obtain semantic segmentation data from a camera sensor.
Prepare Custom UAV Vehicle Mesh for the Unreal Editor
Create custom vehicle mesh for the Simulation 3D UAV Vehicle block.

注目の例

UAV シナリオのチュートリアル

一連の建物の間を飛行する無人航空機 (UAV) のシミュレーションを実行するためのシナリオを作成します。この例では、開ループシミュレーションでの UAV の姿勢を更新しています。この UAV シナリオを使用して UAV の飛行を可視化し、シミュレートした点群センサーの読み取り値を生成します。

ライブスクリプトを開く

Design Obstacle Avoidance Package Delivery Scenario Using UAV Scenario Designer

Rapidly design and customize a UAV scenario to validate an obstacle avoidance algorithm.

ライブスクリプトを開く

UAV の荷物配送

市街地環境で小型マルチコプターの離陸、飛行、および着陸のシミュレーションを実装する。

ライブスクリプトを開く

Automate Testing for UAV Package Delivery Example

Edit requirements, link requirements to their implementation in a model, and verify their functionality in the context of a UAV application. The components of the model and requirements include guidance and control of a UAV implemented by the UAV の荷物配送 example.