無人航空機用の Unreal Engine シミュレーション

UAV Toolbox は、Simulink^® で運転アルゴリズムをモデル化し、バーチャルシミュレーション環境でパフォーマンスを可視化するコシミュレーションフレームワークを提供します。この環境では、Epic Games^® の Unreal Engine^® を使用します。

シミュレーション環境に関連した Simulink ブロックは、[UAV Toolbox] 、 [Simulation 3D] ブロックライブラリにあります。これらのブロックにより、以下を行うことができます。

シミュレーション環境でプリビルドシーンを構成する。
これらのシーン内に UAV を配置して移動する。
ビークルにカメラと LiDAR センサーを設定する。
UAV の周囲の環境に基づいてセンサー出力をシミュレートする。
セマンティックセグメンテーションおよび詳細情報のためのグラウンドトゥルースデータを取得する。

このシミュレーションツールは一般的に、UAV 飛行アルゴリズムのパフォーマンスの開発、テスト、検証を行うときに、実際のデータを補足する目的で使用されます。UAV ビークルモデルとともにこれらのブロックを使用して、知覚から制御に至る UAV 飛行制御スタック全体が含まれた現実的な閉ループシミュレーションを実行できます。

シミュレーション環境の詳細については、UAV 用の Unreal Engine シミュレーションの仕組みを参照してください。

Unreal Engine シミュレーションブロック

[UAV Toolbox] 、 [Simulation 3D] ライブラリにアクセスするには、MATLAB^® コマンドプロンプトで「uavsim3dlib」と入力します。

シーン

シミュレーション環境でコシミュレーションを行うようにモデルを構成するには、Simulation 3D Scene Configuration ブロックをモデルに追加します。このブロックを使用して、あらかじめ用意されたシーンからシーンを選択し、運転アルゴリズムをテストおよび可視化できます。次のイメージは US City Block シーンからのものです。

ツールボックスには次のシーンが含まれています。

シーン	説明
US City Block	交差点、障壁、信号機を備えた都市ブロック

UAV Toolbox Interface for Unreal Engine Projects サポートパッケージがある場合は、これらのシーンを変更したり、新しいシーンを作成したりすることができます。詳細については、UAV 用の Unreal Engine シーンのカスタマイズを参照してください。

ビークル

シーンでバーチャルビークルを定義するには、Simulation 3D UAV Vehicleブロックをモデルに追加します。このブロックを使用して、各タイムステップにおけるビークルの位置および方向を定義する X、Y、およびヨーの各値を指定してビークルの動きを制御できます。ビークルは自動的に地面上を移動します。

ビークルの色およびタイプを指定することもできます。ツールボックスには次のビークルタイプが含まれています。

センサー

バーチャルセンサーを定義してビークルのさまざまな位置に取り付けることができます。ツールボックスには次のセンサーモデリングおよび構成ブロックが含まれています。

ブロック	説明
Simulation 3D Camera	レンズ付きカメラモデル。イメージサイズ、焦点距離、歪み、およびせん断のパラメーターがあります。
Simulation 3D Fisheye Camera	Scaramuzza カメラモデルを使用して記述できる魚眼カメラ。歪みセンサー、イメージサイズ、マッピング係数のパラメーターがあります。
Simulation 3D Lidar	スキャン LiDAR センサーモデル。検出範囲、解像度、視野のパラメーターがあります。

センサーの選択の詳細については、Unreal Engine シミュレーション用のセンサーの選択を参照してください。

アルゴリズムのテストと可視化

UAV Toolbox シミュレーションブロックは、パスプランニング、UAV 制御、および知覚アルゴリズムをテストおよび可視化するためのツールを提供します。

パスプランニングおよびビークル制御

Unreal Engine シミュレーション環境を使用して、あらかじめ用意されたシーンでビークルの動きを可視化できます。この環境は、パスプランニングおよびビークル制御のアルゴリズムのパフォーマンスを分析する手段を提供します。Simulink でこれらのアルゴリズムを設計した後に、uavsim3dlib ライブラリを使用してあらかじめ用意されたシーンのいずれかでビークルの動きを可視化できます。

知覚

UAV Toolbox は、詳細なカメラと LiDAR センサーモデリング用の複数のブロックを提供します。バーチャル環境内でこれらのセンサーを UAV に取り付けることで、合成センサーデータまたはセンサー検出を生成して、知覚アルゴリズムに対してセンサーモデルのパフォーマンスをテストできます。

閉ループシステム

シミュレーション環境内で知覚システムを設計してテストした後に、そのシステムを使用してビークルを実際にステアリングする制御システムを駆動できます。この場合、軌跡を手動で設定するのではなく、UAV は知覚システムを使用して自動飛行します。3D シミュレーション環境の閉ループシステムに知覚および制御を組み込むことで、自動配送などの複雑なアルゴリズムを開発およびテストできます。