Virtual Tsukuba Challenge on Unity について
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October 19, 20
スライド概要
自律移動ロボットの公開実験大会である「つくばチャレンジ」は2020年，コロナウイルスの影響によりオンラインでの開催が決定し，シミュレータを用いた実験（Virtual Tsukuba Challenge（VTC））が案内されています．本講演では，VTCをUnity上に再現し，かつRobot Operating System（ROS）との連携を行うための方法をご紹介します．ロボットモデルの再現，センサのシミュレート，Unityとの通信方法についてご紹介し，Unityにおける利点や課題，将来展望について発表します。
リアルタイム3Dコンテンツを制作・運用するための世界的にリードするプラットフォームである「Unity」の日本国内における販売、サポート、コミュニティ活動、研究開発、教育支援を行っています。ゲーム開発者からアーティスト、建築家、自動車デザイナー、映画製作者など、さまざまなクリエイターがUnityを使い想像力を発揮しています。
関連スライド
各ページのテキスト
Virtual Tsukuba Challenge on Unity 2020.10.10 筑波大学 田中 良道 桑野 僚大
自己紹介 1 田中 良道（Ryodo Tanaka） • • • • 所属：筑波大学（学生） 研究：Multi Contact Motion Planning 趣味：クラリネット演奏 Twitter：@Ryodo Tanaka ↑最近買った犬ロボ ← 高2の頃の様子 現在はここから +20kg... 桑野 僚大（Tomohiro Kuwano） • 所属：某自動車メーカー • 趣味：電子工作，プログラミング … etc • Twitter：@calm0815
Virtual Tsukuba Challenge on Unity ... ? 2 つくばチャレンジ • • • • • 2007年より開催 つくば市内で開催 自律移動ロボットの大実験大会 交通規制などは無し！ 安全・確実に動作するロボットの開発 つくばチャレンジ2018のコース．全長約2kmある Virtual Tsukuba Challenge • 2020年はコロナの影響で実機大会中止… • シミュレーション環境での開催 • 千葉工業大学 fuRo により 2018年から提唱・開発 • 2020年大会の公式シミュレータ（UE4） Virtual Tsukuba Challenge on Unity Virtual Tsukuba Challenge の様子（公式Githubより引用） • Virtual Tsukuba Challenge の Unity 版 • 2020年大会の公式シミュレータに….！
つくばチャレンジで使われる機体（例） 3 ハードウェア • 動き回れる（２～６時間） • 歩道を走破できる • 周辺環境認識センサがついている • 自律移動のための計算機がついている ソフトウェア • プログラムの統合・通信がやりやすい • プログラムの再利用を行いたい … etc
ROSとシミュレータについて • Robot Operating System の略称 • OSというよりミドルウェア ツール ………… 分散型計算システム 基盤 起動，監視，デバッグ，視覚化，… etc …………… 移動，操作，認識， … etc を中心としたライブラリを提供 エコシステム … 世界中の開発者とライブラリを共有 パッケージリリース規則なども充実 Gazebo Ignition • • • • • 4 ROSとのインテグレーションが簡単 Unityに比べると重たい（動作・起動共に） 大規模環境は作りづらい 簡単なAsset追加がやりづらい レンダリングが貧弱 • レンダリング等良くなりそう • インテグレーションが現段階では大変
なぜUnityを使うのか？ • • • • • • 5 大規模マップが作れる！ Gazeboに比べて軽量 Asset Store が利用できる レンダリングがキレイ VRとのインテグレーションもできそう…！ Unity触ってみたい Unity + ROS で Virtual Tsukuba Challenge をやると面白そう！
vtc_unity の概要 Unity 6 Rviz，rqt
パッケージ構成 7 vtc_unity vtc_world_unity 統合パッケージ sensors_unity unit04_unity 環境パッケージ センサパッケージ ロボットパッケージ 点群から生成 つくば市役所周辺 公園はUpdate中！ • • • • • • 3D LiDAR RGB Camera IMU (6 Axis) • • ROS# を利用 URDFから作成可能 環境・センサ・ロボット 自由に組み合わせ可能！（※ROS1 の利用が前提）
環境データの構築 Point Cloud Data 約1,400万点 by 防衛大学 冨沢研究室（Stencil 2.0） 8 Blender (≥2.8) メッシュ化 less than 10,000ポリゴン モデル化 オブジェクト配置
ロボットモデルの構築 9 • テクスチャ • 衝突モデル • Joint設定 URDF （Unified Robot Description Format） • xml記法のファイル • あらゆるプログラムが参照 API[1] は自動生成 • 質量情報 は手動生成 • センサモデル [1] https://github.com/siemens/ros-sharp/wiki/User_App_ROS_TransferURDFFromROS
センサモデルの構築 10 sensors_unity[2] 3D LiDAR 6Axis IMU RGB Camera RGBD Camera 2D LiDAR・Wheel Odometry は近日実装予定 Inamura, T et. at. al [3] Figure.3 より引用 [2] https://github.com/Field-Robotics-Japan/sensors_unit [3] Inamura, T. and Mizuchi, Y., 2020. SIGVerse: A cloud-based VR platform for research on social and embodied human-robot interaction. arXiv preprint arXiv:2005.00825.
UnityとROSの通信 11 通常のトピック通信と同じ Publish/Subscribe rosbridge_server HTTP 複数PC間での通信が可能 websocket Serialize/Deserialize Unityが起動する すべてのOSで起動可能！！
シミュレータ構築の難所（環境づくり） 12 同じ木のモデルでも 計測したものは平たいメッシュを観測している… 上：点群，下：メッシュモデル 木等の複雑形状の計測はどうする？ そもそも木の除去も大変！
シミュレータ構築の難所（環境づくり） 13 同じ木のモデルでも 計測したものは平たいメッシュを観測している… 上：点群，下：メッシュモデル 木等の複雑形状の計測はどうする？ そもそも木の除去も大変！
シミュレータ構築の難所（環境づくり） 単純化（手動）した領域 まだ単純化 していない領域 点群 三角メッシュ化（再近傍） メッシュの単純化 大事な処理のほとんどが手動…とても大変…orz 14
シミュレータ構築の難所（通信） 15 Publish/Subscribe rosbridge_server Serialize / Deserialize でJSON（Text）に変換… HTTP websocket Serialize/Deserialize 通信速度が下がる原因に
シミュレータ構築の難所（LiDAR） VTC on Unity 平面プレート の形状を観測… 16 • 通信速度が遅い（前述） • 葉っぱなどのモデルが単調 • レーザー強度モデル無し VTC (UE4) by fuRo • 通信速度が速い（並列処理） • レーザー強度モデル有り[4] [4] 吉田 智章, 原 祥尭, “移動ロボットシミュレータにおける 3D Lidar の受光強度シ ミュレーション”, ROBOMECH 2020, 2020.
今後のUpdate（予定） 17 vtc_world_unity（環境） • 公園エリアの作りこみ • 各種Objectの配置 sensors_unity（センサ） • • • • レーザー強度（LiDAR）の実装 ノイズの付加 GPSセンサの追加 通信規格の修正・軽量化 更新内容は Twitterにて公開！ ＠RyodoTanaka unit04_unity（ロボット） • URDFからのモデル作成方法マニュアルの追加 その他 • NPCの追加 • オンラインNPC・ロボットの追加
公開場所（LICENSE : Appache 2.0） vtc_world_unity（環境） https://github.com/Field-Robotics-Japan/vtc_world_unity sensors_unity（センサ） https://github.com/Field-Robotics-Japan/sensors_unity unit04_unity（ロボット） https://github.com/Field-Robotics-Japan/unit04_unity vtc_unity（統合） https://github.com/Field-Robotics-Japan/vtc_unity お気軽にContributeお願いします！ 18
今後の展望と募集 19 • VRを使ってWorldの中に入りたい！ • Assetを増やしてリアルな街をもっと作りこみたい！ • NAT超えで複数人・複数台オンラインシミュレーションしてみたい！ • 重機のシミュレーションもやってみたい！ ⇒ Mogu Live : https://www.moguravr.com/cluster_repo/ https://arav.jp/ Vortex Simulator : https://www.youtube.com/watch?v=TkiekFf5970 ゲームエンジニアの方大募集中！！！