HakoniwaUnityAsset - Speaker Deck

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箱庭(Hakoniwa) Unity-Asset 合同会社箱庭ラボ森崇

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はじめに • この資料では、Unityの箱庭アセット作るための情報を整理しています。 • 前提とする環境 • GitHubリポジトリ情報 • 箱庭Unity環境のインストール⽅法 • Workシーンの説明 • 箱庭Unityアセットの作成⼿順（例） 2

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前提とする環境 • OS︓Windows、MacOS、Ubuntu • メモリ︓8GB以上 • GPUメモリ︓8GB以上 • Unityバージョン • Unity Hub: v3.7.0以上 • Unity︓2022.3.10f1以上 • ターミナル • Windowsの場合は、WSL2が必要です。 • それ以外の場合は、標準のターミナルをご利⽤ください。 3

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GitHubリポジトリ情報 • URL • https://github.com/toppers/hakoniwa-unity-simasset-plugin • リポジトリ名 • hakoniwa-unity-simasset-plugin • 説明 • 箱庭のUnityアセットの共通機能を管理しています。 • 将来的にはUnityアセットストアでの公開を⽬指しています。 • ライセンス • TOPPERSライセンス 4

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箱庭Unity環境のインストール⽅法 • インストール⼿順 • 動作確認⼿順 5 動画：https://github.com/toppers/hakoniwa-unity-simasset-plugin/blob/main/README.md#%E3%83%87%E3%83%A2 インストール成功すると、右図のようにロボットをキーボードで操作できます。

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Workシーンの説明 • Workシーンは、箱庭Unityアセットを作成するためのシーンです。 • 箱庭Unityアセットは、「Robot」配下に配置します。 • デフォルトでは以下のように、２つのアセットが配置されています。 6 SampleRobot 箱庭のデフォルトのロボットです。作動モーターで動作し、センサとしてカメラや2DLiDARがあります SampleRobotTestDriver SampleRobotのテストドライバです。キー⼊⼒を受け付け、SampleRobot にPDUデータを送信します。また、 SampleRobotが送信するPDUデータを受信してデータ表⽰します。 SampleRobotのカメラデータを表⽰している様⼦

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箱庭Unityアセットの作成⼿順（例） • 作りたいものの仕様を検討する • 外部との通信データ仕様を検討する • 箱庭部品選定 • 箱庭部品を組み⽴てる • 荷物運搬BOXを⾃作する • 超⾳波センサを⾃作する • テストドライバを作成する • 動作確認する 7

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作りたいものの仕様を検討する 8 基本機能ロボット部品実現⽅法遠隔操縦アクチュエータ作動モーターにタイヤを２個つけて実現するキャスターバックに球形コライダーを２個つける障害物検出超⾳波センサセンサの有効範囲は５mとして、４⽅向監視する・左(-90度)、右(90度) ・斜め左（-10度）、斜め右（10度）衝突検出バンパーセンサ衝突検出︓ON ⾮検出時︓OFF 荷物着脱検出荷物着脱検出センサ荷物あり︓ON 荷物なし︓OFF 荷物運搬荷物運搬⽤BOX コライダーを４⽅につける Body 荷物運搬⽤BOX キャスターアクチュエータバンパー超⾳波センサー荷物着脱検出センサバンパーキャスター超⾳波センサーアクチュエータ

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外部との通信データ仕様を検討する 9 部品通信データ型通信データ名送信周期アクチュエータ geometry_msgs/Twist cmd_vel - 超⾳波センサ pico_msgs/LightSensor ultrasonic_sensor 20msec バンパーセンサ std_msgs/Bool bumper_sensor 20msec 荷物着脱検出センサ std_msgs/Bool baggage_sensor 20msec

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箱庭部品選定基本部品 ArticulationBody アクチュエータ ArticulationBody Unityの C#スクリプトセンサ Unityの C#スクリプトマテリアルロボットルートロボット毎に１個割り当てする (ロボット全体制御パーツ) Unityの C#スクリプト既存の箱庭部品が使えないかチェックする (Assets/Model/HakoRoboParts)

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選定結果 11 基本機能ロボット部品選定したもの遠隔操縦アクチュエータ 02_Actuator/ - DifferentialMotorController - L-Wheel - R-Wheel キャスター 01_basic/ - Caster 障害物検出超⾳波センサ対応するものはなかった（⾃作する）衝突検出バンパーセンサ 03_Sensor/ - TouchSensor 荷物着脱検出荷物着脱検出センサ 03_Sensor/ - TouchSensor 荷物運搬荷物運搬⽤BOX 対応するものはなかった（⾃作する） Body 荷物運搬⽤BOX キャスターアクチュエータバンパー超⾳波センサー荷物着脱検出センサバンパーキャスター超⾳波センサーアクチュエータ

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箱庭部品を組み⽴てる（ベース︓1/2） • Assets/Prefab/SampleRobotを複製して、BuggageTransporter という名前で新しいプレハブを作成する。 12

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箱庭部品を組み⽴てる（ベース︓2/2） • MainBody以外の部品を、⼀旦、全部外す • ヒエラルキービューからたどります。 13

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箱庭部品を組み⽴てる（タイヤ︓1/4） • 作動モータを取り付ける • Interface-D/Interface-DFの下に、DifferentialMotorControllerをD&D 14

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箱庭部品を組み⽴てる（タイヤ︓2/4） • 左のタイヤをつける • DifferentialMotorController/Interface-Lの下にL-WheelをD&D 15

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箱庭部品を組み⽴てる（タイヤ︓3/4） • 左のタイヤをつける • DifferentialMotorController/Interface-Rの下にR-WheelをD&D 16

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箱庭部品を組み⽴てる（タイヤ︓4/4） • PDUデータ仕様に合わせて変更する • DifferentialMotorControllerのインスペクタービューを表⽰して変更する • 今回は、共有メモリベースでの通信とするので、 • Io_MethodをSHM • Comm_MethodをDIRECT • としました。 17

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箱庭部品を組み⽴てる（フロント︓1/1） • MainBodyの前⾯にバンパやセンサを設置するので、サブホルダをつける • Interface-F配下に、MainBodySubHolderを設置する 18

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箱庭部品を組み⽴てる（バンパ︓1/4） • MainBodySubHolderにバンパ︓タッチセンサをつける • Interface配下に、TouchSensorを設置する • ただし、デフォルトではサイズが⼩さいのと位置もずれているので以下のように調整します。 19 変更前変更後 ※デフォルトのタッチセンサは衝突検出はできますが、衝突してもすり抜けてしまいますので、 ※必要に応じて⼲渉オブジェクト（isTriggerがFalseのコライダー）を配置してください。

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箱庭部品を組み⽴てる（バンパ︓2/4） • MainBodySubHolderにバンパ︓タッチセンサをつける • Interface配下に、TouchSensorを設置する • ただし、デフォルトではサイズが⼩さいのと位置もずれているので以下のように調整します。 20

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箱庭部品を組み⽴てる（バンパ︓3/4） • バンパの⾊を⿊⾊にする（LightBlackマテリアルをD&D） 21

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箱庭部品を組み⽴てる（バンパ︓4/4） • PDUデータ仕様に合わせて変更する • TouchSensorのインスペクタービューを表⽰して変更する • Topic_name 及び update_cycle を仕様に合わせる • また、今回は、共有メモリベースでの通信とするので、 • Io_MethodをSHM • Comm_MethodをDIRECT • としました。 22

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箱庭部品を組み⽴てる（キャスター︓1/1） • MainBodyの後⽅にキャスターを設置するので、BodyBackをつける • Interface-D/Interface-DB配下に、 BodyBackを設置する • 若⼲、⽔平ではないので、Yの位置を調整しています。（参照︓Inspectorビュー） 23

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荷物運搬BOXを⾃作する • 作り⽅︓ • Cube５個⽤意して、サイズ変更して、BOX上に配置する • 床⾯にタッチセンサを配置する 24

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超⾳波センサを⾃作する(1/3) • Unityを利⽤した超⾳波センサの実装としては、 • Physics.Raycast • を利⽤します。 • 今回の場合は、４⽅向のセンシングになるので、 • センシング時に４⽅向の距離測定を⾏うことで実現します。 • ソースコード︓ LightSensor4way 25 障害物障害物までの距離測定ポイント Physics.Raycast() Unityのコライダーをアタッチしたゲームオブジェクト超⾳波センサ実装のイメージ︓

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超⾳波センサを⾃作する(2/3) • 距離を測定するスクリプト解説︓ 26 前⽅⽅向衝突検出した距離検出範囲現在位置障害物検出した場合、その光線を緑⾊で表⽰する（ Unityのシーンビューの場合のみ）障害物検出しなかった場合、その光線を⾚⾊で表⽰する（ Unityのシーンビューの場合のみ）前⽅⽅向を取得 (呼び出し元で⽅向を変えています)

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超⾳波センサを⾃作する(3/3) • 作成したスクリプトをアタッチ。⾒た⽬としては、LiDARっぽいシリンダーを利⽤。 27

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テストドライバを作成する • ロボット名とPDUデータ名を確認する • 動作確認内容を検討する • 動作確認プログラムを作成する 28

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ロボット名とPDUデータ名を確認する(1/3) • ロボット名︓BuggageTransporter 29 • 箱庭のPDUデータにアクセス・オブジェクトを取得するためには • ロボット名とPDU名が必要です。 • ロボット名は、ヒエラルキービューのRobotは以下の名前です。

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ロボット名とPDUデータ名を確認する(2/3) 30 部品通信データ型通信データ名アクチュエータ geometry_msgs/Twist cmd_vel 超⾳波センサ pico_msgs/LightSensor ultrasonic_sensor バンパーセンサ std_msgs/Bool bumper_sensor 荷物着脱検出センサ std_msgs/Bool baggage_sensor • PDUデータ名は、各部品の通信データ名です。 • スクリプトアタッチする際に、通信データ名を以下で設定しています。

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ロボット名とPDUデータ名を確認する(3/3) • 箱庭のPDUデータにアクセス・オブジェクトを取得するための名前は、 • <ロボット名>_<通信データ名>Pdu • です。ロボット名︓BuggageTransporter 31 部品通信データ名 PDUデータ・アクセスオブジェクト名アクチュエータ cmd_vel BuggageTransporter_cmd_velPdu 超⾳波センサ ultrasonic_sensor BuggageTransporter_ultrasonic_sensorPdu バンパーセンサ bumper_sensor BuggageTransporter_bumper_sensorPdu 荷物着脱検出センサ baggage_sensor BuggageTransporter_baggage_sensorPdu

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動作確認内容を検討する 32 基本機能ロボット部品動作確認内容遠隔操縦アクチュエータキーボード操作で移動できるか確認するキャスター移動時にボディを⽀えられるか障害物検出超⾳波センサ障害物を配置して、レーザ光線の⾊が変わることを確認する緑︓検出⾚︓未検出衝突検出バンパーセンサ衝突検出︓⾚（ゲームオブジェクトの⾊）⾮検出時︓⻘（ゲームオブジェクトの⾊）荷物着脱検出荷物着脱検出センサ荷物あり︓⾚（ゲームオブジェクトの⾊）荷物なし︓⻘（ゲームオブジェクトの⾊）荷物運搬荷物運搬⽤BOX 荷物を落とすためのゲームオブジェクトを作成し、ロボットの荷物運搬⽤BOXに荷物を落とす。 3 1 2 キーボード操作⽤ゲームオブジェクトバンパーセンサ確認⽤ゲームオブジェクト荷物着脱検出センサ確認ゲームオブジェクト 4 荷物を落とすためのゲームオブジェクト動作確認するための機能要素

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動作確認プログラムを作成する • テストドライバ概要 • キーボード操作⽤ゲームオブジェクト • バンパーセンサ確認⽤ゲームオブジェクト • 荷物着脱検出センサ確認ゲームオブジェクト • 荷物を落とすゲームオブジェクト 33

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テストドライバ概要（1/3) • 考え⽅その１ • テスト対象ロボットのPDUデータをテストドライバがアクセスして、 • ロボットが期待した動きやデータを返すかをチェックする 34 テストドライバテスト対象ロボット PDUデータ（センサ） PDUデータ（アクチュエータ）テスト対象ロボットに⼊⼒を与える（移動指⽰など）テスト対象ロボットの出⼒を確認する（タッチセンサの値とか）

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テストドライバ概要（2/3) • 考え⽅その２ • テストドライバの⼊出⼒確認には、ゲーム機能を利⽤する 35 テストドライバ PDUデータ（センサ） PDUデータ（アクチュエータ） 1 キーボード操作⽤ゲームオブジェクト 2 バンパーセンサ確認⽤ゲームオブジェクト OFF ON PDUデータの値に応じてゲームオブジェクトの⾊を変更する

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テストドライバ概要（3/3) • 考え⽅その３ • テストドライバは、箱庭のロボットと同じ位置付けとして作成する 36 Robot配下にテストドライバを配置するテストドライバに通常のロボットと同じスクリプトをアタッチする

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キーボード操作⽤ゲームオブジェクト(1/2) • キーボード操作で作動モーターを移動させるプログラムは箱庭にすであります。 • DifferentialMotorControllerTestDriver.cs • MotorTestDriver 37 仕様︓キー⼊⼒ ↑︓前進。キー押下し続けると加速します。 ↓︓後進。キー押下し続けると加速します。 →︓右旋回 ←︓左旋回スペースキー︓停⽌

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キーボード操作⽤ゲームオブジェクト(2/2) • テストドライバの配置 38

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バンパーセンサ確認⽤ゲームオブジェクト(1/2) • タッチセンサの動作チェックプログラムは箱庭にすであります。 • TouchSensorTestDriver.cs • TouchSensorTestDriver 39

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バンパーセンサ確認⽤ゲームオブジェクト(2/2) • テストドライバの配置 40

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荷物着脱検出センサ確認ゲームオブジェクト • テストドライバの配置 41

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荷物を落とすゲームオブジェクト(1/2) • 荷物を落とすプログラムは箱庭にすであります。 • ColliderTriggerControl.cs • Baggage 42 仕様︓キー⼊⼒ A︓荷物が落ちます。

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荷物を落とすゲームオブジェクト(2/2) • テストオブジェクトの配置 43 テストオブジェクトは、 Workシーン直下に配置します理由︓ PDUデータアクセスしないため

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動作確認する 44 • 前進して、バンパ接触、荷物を落として、荷物着脱センサ反応 • その後、超⾳波センサの光線を確認 https://www.youtube.com/watch?v=XXcHeae4AHE