Isaac Sim で RTX LiDAR Sensors を試す

「Isaac Sim」で「RTX LiDAR Sensors」を試したのでまとめました。

前回

1. LiDARとは

「LiDAR」(Light Detection and Ranging) は、レーザー光を使って距離を測るセンサーです。

仕組みは次のようなイメージです。

この測定を、さまざまな方向に対して高速に行うことで、周囲の形状を立体的に把握できます。

自動運転車の屋根についている回転するセンサーや、移動ロボットの上に載っている小さな円筒形のセンサーを見たことがある人も多いかと思います。あれが「LiDAR」です。

2. RTX Lidar Sensors

「RTX LiDAR Sensors」は、Isaac Sim に搭載されているGPUレイトレーシング（RTX）を使った高精度「LiDAR」シミュレーション機能です。

主な用途は、次のとおりです。

出力データは、次のとおりです。

「RTX」はNVIDIAのGPU技術で、

 つまり「レーザーを飛ばす → 物体に当たる → 距離を測る」をリアルに再現します。

3. Isaac Sim で RTX LiDAR Sensors を試す

3-1. Isaac Sim のシーンの作成

(1) メニュー「File → New」を選択。

(2) メニュー「Create → Physics → Ground Plane」を選択。

(3) メニュー「Create → Shapes → Cube」で4つのCubeを作成し、以下のように指定。

3-2. RTX LiDARの追加

(1) メニュー「Create → Sensors → RTX Lidar → NVIDIA → Example Rotary 2D」を選択し、以下のように指定。
「Example Rotary 2D」を追加します。

(2) メニュー「Create → Sensors → RTX Lidar → NVIDIA → Example Rotary」を選択し、以下のように指定。
「Example Rotary」を追加します。

3-3. Action Graphの準備

(1) メニュー「Tools → Robotics → ROS 2 OmniGraphs → RTX Lidar」を選択し、以下のように設定し、「OK」をクリック。
「Example Rotary 2D」の Action Graph を追加します。

(2) メニュー「Tools → Robotics → ROS 2 OmniGraphs → RTX Lidar」を選択し、以下のように設定し、「OK」をクリック。
「Example Rotary」の Action Graph を追加します。

(3) メニュー「Window → Graph Editors → Action Graph」を選択し、「Edit Action Graph」をクリックし、確認する Action Graph を選択。
追加された Action Graph の中身を確認できます。

3-4. シミュレーションの実行

(1) Playボタン（▶）をクリック。

3-5. ROS2トピックの確認

(1) ROS2トピックの確認。

ros2 topic list

    :
/laser_scan
    :
/point_cloud
    :

(2) RViz2の起動。

rviz2

(3) 「Fixed Frame」に「sim_lidar」を指定。
「sim_lidar」は、「ROS2 RTX Lidar Helper」の「frameId」に指定している値です。

(4) 「Add → LaserScan」で「LaserScan」を追加し、「topic」に「/laser_scan」、「Size」に「0.03」を指定。

(5) 「Add → PointCloud2」で「PointCloud2」を追加し、「topic」に「/point_cloud」、「Size」に「0.03」を指定。

【おまけ】 Solid State型とRotating型の違い

「RTX LiDAR」の種類には、「Solid State型」と「Rotating型」があります。

(1) Rotating型
「Rotating型」は、センサーを回転させながら周囲をスキャンするタイプのLiDARです。一般的な360度LiDARのイメージに近く、ロボットや自動運転車両の周囲環境を広範囲に取得する用途で使われます。

「Isaac Sim」では、次の2種類が提供されています。

「Rotating型」の重要な点は、1フレームで必ず360度分のデータが揃うわけではないことです。「ROS2 RTX Lidar Helper」はLiDARが1回のフルスキャンは360度回転が完了したタイミングでメッセージをpublishします。たとえば、レンダリングステップが1/60秒、LiDARの回転レートが10Hzの場合、6フレームに1回publishされます。

(2) Solid State型
「Solid State型」は、設定された視野角の範囲をスキャンするタイプのLiDARです。カメラに近い感覚で、前方など特定方向の範囲を取得するLiDARになります。

「Isaac Sim」では、次の2種類が提供されています。

「Solid State型」では、フルスキャンは設定された水平視野角、つまりazimuth全体のスキャンを意味します。1フレームでフルスキャンが完了し、毎フレームpublishされます。

【おまけ】 センサー一覧

メニュー「Create → Sensors」で生成できます。

【おまけ】 ROS 2 OmniGraphs一覧

メニュー「Tools → Robotics → Sensors」で生成できます。

次回