JP7618504B2

JP7618504B2 - 可視化シミュレーションシステムおよび可視化シミュレーション方法

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Publication number: JP7618504B2
Application number: JP2021086384A
Authority: JP
Inventors: 直也上西; 博康太田
Original assignee: Yamaha Motor Engineering Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Engineering Co Ltd
Priority date: 2021-05-21
Filing date: 2021-05-21
Publication date: 2025-01-21
Anticipated expiration: 2041-05-21
Also published as: JP2022179122A

Description

この発明は可視化シミュレーションシステムおよび可視化シミュレーション方法に関し、より特定的にはモデルベース開発（ＭＢＤ）等に用いられる可視化シミュレーションシステムおよび可視化シミュレーション方法に関する。

この種の従来技術の一例として、特許文献１において車両走行仮想試験システムが開示されている。この車両走行仮想試験システムは、車両を構成する要素として所定機能毎に独立して設定された複数の部品を、該各部品に加わるエネルギーの瞬時値を構成する２種類の状態量である位差量と流動量とを入出力状態量の対とし、該入出力状態量が加わる部品の内部特性のパラメータが、行が出力状態ベクトル、列が入力状態ベクトルとなる行列形式で配置されることで、位差量及び流動量に対応した内部行列を構成するシステム方程式でモデル化し、モデル化されたモデルを入出力状態量を介して結合することで、車両モデルを構築し、該車両モデルの仮想試験を実行する。そして、仮想試験結果はモニタに表示されることができる。

特開２００８－２２４２９０号公報

このような特許文献１に開示された車両走行仮想試験システムでは、仮想試験の演算負荷を軽量化しつつ良好な仮想試験結果を得る点や、仮想試験結果を分かり易く表示する点につき、十分検討されていない。

それゆえにこの発明の主たる目的は、シミュレーションの演算負荷を軽量化しつつ良好なシミュレーション結果が得られ、かつシミュレーション結果を分かり易く表示できる、可視化シミュレーションシステムおよび可視化シミュレーション方法を提供することである。

上述の目的を達成するために、制御対象の挙動をシミュレーションする可視化シミュレーションシステムであって、制御対象の３Ｄ形状データと、制御対象の運動モデルと、制御対象を制御する制御装置の制御モデルまたは制御プログラムと、ゲームエンジンと、可視化シミュレーションプログラムと、制御モデルを実行するための連携ソフトウェアプログラムと、運転環境データとが記憶される記憶部と、連携ソフトウェアプログラムによって実行される制御モデルまたは制御プログラムを用いて制御演算を行う第１演算部と、運動モデルを用いて運動モデル演算を行う第２演算部と、３Ｄ形状データとゲームエンジンと運転環境データとを用いてゲームエンジン演算を行う第３演算部と、可視化シミュレーションプログラムの指令により、ゲームエンジンを用いて第３演算部によるゲームエンジン演算結果の３Ｄアニメーション画像を生成する第４演算部と、３Ｄアニメーション画像を表示する表示部とを備え、第１演算部は、可視化シミュレーションプログラムの指令により、第２演算部による運動モデル演算結果に基づいて制御演算を行い、第２演算部は、可視化シミュレーションプログラムの指令により、第１演算部による制御演算結果および第３演算部によるゲームエンジン演算結果に基づいて運動モデル演算を行い、第３演算部は、可視化シミュレーションプログラムの指令により、第２演算部による運動モデル演算結果に基づいてゲームエンジン演算を行う、可視化シミュレーションシステムが提供される。

また、制御対象の３Ｄ形状データと、制御対象の運動モデルと、制御対象を制御する制御装置の制御モデルまたは制御プログラムと、ゲームエンジンと、可視化シミュレーションプログラムと、制御モデルを実行するための連携ソフトウェアプログラムと、運転環境データとを用いて、制御対象の挙動をシミュレーションする可視化シミュレーション方法であって、連携ソフトウェアプログラムによって実行される制御モデルまたは制御プログラムを用いて制御演算を行う第１ステップと、運動モデルを用いて運動モデル演算を行う第２ステップと、３Ｄ形状データとゲームエンジンと運転環境データとを用いてゲームエンジン演算を行う第３ステップと、可視化シミュレーションプログラムの指令により、ゲームエンジンを用いて第３ステップによるゲームエンジン演算結果の３Ｄアニメーション画像を生成する第４ステップと、３Ｄアニメーション画像を表示部に表示する第５ステップとを備え、第１ステップは、可視化シミュレーションプログラムの指令により、第２ステップによる運動モデル演算結果に基づいて制御演算を行い、第２ステップは、可視化シミュレーションプログラムの指令により、第１ステップによる制御演算結果および第３ステップによるゲームエンジン演算結果に基づいて運動モデル演算を行い、第３ステップは、可視化シミュレーションプログラムの指令により、第２ステップによる運動モデル演算結果に基づいてゲームエンジン演算を行う、可視化シミュレーション方法が提供される。

上述の発明では、運動モデル演算結果に基づいて、連携ソフトウェアプログラムによって実行される制御モデルまたは制御プログラムを用いた制御演算が行われ、ゲームエンジン演算結果および制御演算結果に基づいて、運動モデルを用いた運動モデル演算が行われ、運動モデル演算結果に基づいて、３Ｄ形状データとゲームエンジンと運転環境データとを用いたゲームエンジン演算が行われる。そして、ゲームエンジンを用いて、ゲームエンジン演算結果の３Ｄアニメーション画像、すなわち、制御対象の挙動のシミュレーション結果を示す３Ｄアニメーション画像が生成され、表示部に表示される。このように、ゲームエンジンを用いて運転環境の外乱を反映させて演算することによって、演算負荷の高い計算を軽量化できる。また、ゲームエンジン演算結果を運動モデル演算に反映させることによって、精度よく運動モデル演算結果が得られるとともに、運動モデル演算結果をゲームエンジン演算に反映させることによって、良好なシミュレーション結果が得られる。さらに、ゲームエンジンを用いることによって、シミュレーション結果の３Ｄアニメーション画像を容易に生成でき、当該３Ｄアニメーション画像を表示部に表示することができる。したがって、シミュレーション結果をグラフやデータ群で表現することなく、シミュレーション結果が分かり易くなる。

好ましくは、第１演算部は、さらに第３演算部によるゲームエンジン演算結果に基づいて制御演算を行う。この場合、ゲームエンジン演算結果を利用して取得することができるセンシング情報を制御演算に反映させることにより、さらに精度よく制御演算を行うことができる。

また、好ましくは、可視化シミュレーションプログラムは、表示部にユーザインターフェイスを表示させるためのプログラムを含み、当該可視化シミュレーションシステムは、表示部に表示されたユーザインターフェイスを操作する入力部をさらに含む。この場合、シミュレーションに必要な設定をコーディングレスで行うことができるので、データ入力や指示が容易になり、利用者のソフトウェア技術技量に関係なくシミュレーションを利用できる。

さらに、好ましくは、運転環境データは、３Ｄ地形データと３Ｄ地形データに紐づけされる外乱データとを含む。この場合、運転環境をより現実に近い状況に設定でき、シミュレーション結果の精度を上げることができる。

ここで、「制御演算結果」とは、運動モデルが意図した挙動を行うように、運動状態などのセンシング結果に基づいて、制御モデルや制御プログラムで演算される運動モデルへの制御指令をいう。たとえば、車両速度が目標速度に達していない場合には、エンジンのスロットル開度を大きくする指令などが該当する。

「ゲームエンジン演算結果」とは、物理運動の結果、制御対象が外界（環境）の変化によってどのような影響を受けるかのシミュレーション結果をいう。この演算により、たとえば、環境によって変化する風力や路面状況などの外乱をパラメータとして、タイヤが路面から受ける反力（タイヤの摩擦力）、タイヤのすべり、車体への衝撃力、車両の振動およびＧＰＳ座標のデータなどのセンシング情報が得られる。

「運動モデル演算結果」とは、制御指令に基づいて、制御対象内部のエネルギー伝達や制御対象の挙動などを演算したシミュレーション結果をいう。この演算により、たとえば、エンジン回転数、エンジントルクおよび車両速度などのセンシング情報が得られる。

この発明によれば、シミュレーションの演算負荷を軽量化しつつ良好なシミュレーション結果が得られ、かつシミュレーション結果を分かり易く表示できる。

この発明の一実施形態に係る可視化シミュレーションシステムを示すブロック図である。可視化シミュレーションシステムの主な演算を示すブロック図である。この発明の一実施形態に係る可視化シミュレーションシステムの主要動作を示すフロー図である。シミュレーション設定動作の一例を示すフロー図である。シミュレーション環境選択動作の一例を示すフロー図である。シミュレーション実施動作の一例を示すフロー図である。ユーザインターフェイスを用いた３Ｄ形状データの選択・取込動作を説明するための図解図である。シミュレーション設定時に開かれるウィンドウの一例を示す図解図である。ユーザインターフェイスを用いたゲームエンジン用の設定動作を説明するための図解図である。ゲームエンジン用の設定時に表示される画面の一例を示す図解図である。ユーザインターフェイスを用いた運動モデルの選択・取込動作を説明するための図解図である。ユーザインターフェイスを用いた通信設定ファイルの選択・取込動作を説明するための図解図である。ユーザインターフェイスを用いたリンク設定およびシミュレーション設定出力動作を説明するための図解図である。シミュレーション設定時に開かれるウィンドウの一例を示す図解図である。シミュレーション実行画面の一例を示す図解図である。この発明の他の実施形態に係る可視化シミュレーションシステムを示すブロック図である。この発明のその他の実施形態に係る可視化シミュレーションシステムを示すブロック図である。

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。

図１を参照して、この発明の一実施形態に係る可視化シミュレーションシステム１０は、ＭＩＬＳ（Model-In-the-Loop Simulation）用の装置であり、コンピュータ１２と、入力部１４と、表示部１６とを含む。コンピュータ１２は、マザーボード１８と、ＧＰＵ２０と、記憶装置２２とを含む。マザーボード１８は、ＣＰＵ２４と、メモリ２６と、インターフェイス２８とを含む。インターフェイス２８は、外部機器接続装置３０と、ネットワーク接続装置３２とを含む。

記憶装置２２は、たとえばＨＤＤやＳＳＤであり、制御対象の３Ｄ形状データと、制御対象の運動モデルと、制御対象を制御する制御装置の制御モデルと、ゲームエンジン（物理エンジン）と、可視化シミュレーションプログラムと、制御モデルを実行するための連携ソフトウェアプログラムと、運転環境データとを記憶する。

この実施形態では、制御対象は、車両であり、より具体的には車両のパワートレイン系である。制御対象の３Ｄ形状データは、車両全体の３Ｄ形状データを含み、ＣＡＤや３Ｄモデリングソフト等の３Ｄ形状モデル設計ツールで予め作成されることができる。制御対象の運動モデルは、数式で表された０Ｄモデルや１Ｄモデルなどのプラントモデルであり、ＦＭＵ（Functional Mockup Unit）を用いることができ、また、必要に応じて運動モデル設計ツールで予め作成されることができる。制御モデルは、制御対象を制御する制御装置を数式で表したコントローラモデルである。連携ソフトウェアプログラムは、制御モデルを作成および／または実行するためのプログラムであり、この実施形態では、ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ（登録商標）を含む。ゲームエンジンは、コンピュタゲームを開発するための開発環境であり、たとえばＵｎｉｔｙ（登録商標）が用いられる。運転環境データは、３Ｄ地形データと３Ｄ地形データに紐づけされる外乱データとを含む。３Ｄ地形データの生成には、たとえば国土地理院等が提供する既存のデータベースが利用される。これにより、実際に存在する地形を再現できる。外乱データは、路面の摩擦係数、風速等を含み、ゲームエンジンが有する既存の外乱データを用いて任意に設定できる。可視化シミュレーションプログラムは、可視化シミュレーションシステム１０の動作を制御するためのプログラムであり、表示部１６にユーザインターフェイスを表示させるためのプログラムを含む。

マザーボード１８は、インターフェイス２８の外部装置接続装置３０を介して、入力部１４および表示部１６に接続される。メモリ２６には、記憶装置２２に記憶されたプログラムやデータが展開され、ＣＰＵ２４やＧＰＵ２０による演算データが一時的に記憶される。ＣＰＵ２４は、メモリ２６で展開されたプログラムやデータに基づいて、各種演算、指令および各部の制御を行う。ＧＰＵ２０は、ＣＰＵ２４からの指令を受けて、主として描画系やゲームエンジン系の演算処理を行う。

図２をも参照して、ＣＰＵ２４は、可視化シミュレーションプログラムの指令により、運動モデル演算結果およびゲームエンジン演算結果に基づいて、連携ソフトウェアプログラムによって実行される制御モデルを用いた制御演算を行う。また、ＣＰＵ２４は、可視化シミュレーションプログラムの指令により、制御演算結果およびゲームエンジン演算結果に基づいて、運動モデルを用いた運動モデル演算を行う。ＣＰＵ２４およびＧＰＵ２０は協働して、可視化シミュレーションプログラムの指令により、運動モデル演算結果に基づいて、３Ｄ形状データとゲームエンジンと運転環境データとを用いたゲームエンジン演算を行う。また、ＣＰＵ２４およびＧＰＵ２０は協働して、可視化シミュレーションプログラムの指令により、ゲームエンジンを用いて、ゲームエンジン演算結果の３Ｄアニメーション画像を生成する。生成された３Ｄアニメーション画像は、表示部１６に表示される。

図１に戻って、入力部１４は、キーボードやマウスを含み、たとえば、表示部１６に表示されたユーザインターフェイスを操作してシミュレーションに必要な設定をするために用いられる。

この実施形態では、ＣＰＵ２４が第１演算部および第２演算部に対応する。ＣＰＵ２４およびＧＰＵ２０が第３演算部に対応する。ＣＰＵ２４およびＧＰＵ２０が第４演算部に対応する。記憶装置２２が記憶部に対応する。

ついで、可視化シミュレーションシステム１０の動作について説明する。

図３を参照して、可視化シミュレーションシステム１０の動作の概要について説明する。

まず、シミュレーション設定済みか否かが判断される（ステップＳ１）。シミュレーションが設定済みでなければ、シミュレーションが設定され（ステップＳ３）、ステップＳ５に進む。ステップＳ１においてシミュレーション設定済みであれば、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、シミュレーション環境が選択される。その後、シミュレーションが実施され（ステップＳ７）、試験が完了したか否かが判断される（ステップＳ９）。試験が完了していなければ、ステップＳ７に戻り、一方、試験が完了していれば、終了する。

ついで、図４を参照して、ステップＳ３のシミュレーション設定動作について説明する。このシミュレーション設定は、可視化シミュレーションプログラムによりユーザインターフェイスを表示部１６に表示させ、当該ユーザインターフェイスを入力部１４で操作することによって行われる。

まず、制御対象の３Ｄ形状データの選択・取込が行われる（ステップＳ１１）。この実施形態では、制御対象として車両が選択され、車両全体の３Ｄ形状データの選択・取込が行われる。ついで、ゲームエンジンを用いるための設定が行われる（ステップＳ１３）。ここでは、必要に応じて、車両の部品ごとに、接触判定、運動解析のためのボーン構造、重力による演算および幾何拘束に関する設定等が行われる。つぎに、運動モデルとして０Ｄモデルまたは１Ｄモデルが選択され、取り込まれる（ステップＳ１５）。そして、通信設定ファイルの選択・取込が行われる（ステップＳ１７）。ここでは、連携ソフトウェアプログラムであるＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋによって制御モデルを実行するための設定等が行われる。

その後、ゲームエンジンと運動モデルとのリンク設定が行われ（ステップＳ１９）、通信と運動モデルとのリンク設定が行われ（ステップＳ２１）、通信とゲームエンジンとのリンク設定が行われる（ステップＳ２３）。これらのリンク設定により、運動モデル演算結果とゲームエンジン演算結果とに基づく制御演算、ゲームエンジン演算結果と制御演算結果とに基づく運動モデル演算、運動モデル演算結果に基づくゲームエンジン演算が可能となる。そして、３Ｄ形状データの選択、ゲームエンジン用設定、運動モデルの選択、通信設定ファイルの選択およびリンク設定を含むシミュレーション設定が、記憶装置２２に出力されて記憶され（ステップＳ２５）、リターンする。

ここで、図７から図１４を参照して、シミュレーション設定動作についてより具体的に説明する。

まず、３Ｄ形状の選択・取込が行われる。

図７に示すように表示部１６に表示されたユーザインターフェイスにおいて、矢印Ａで示す「Select model」が入力部１４でクリックされると、たとえば図８に示すような新しいウィンドウが開かれ、この画面から３Ｄデータが選択される。この実施形態では、車両３Ｄデータが選択される。すると、車両３Ｄデータが取り込まれ、ユーザインターフェイスの略中央の画面に、車両の３Ｄ画像が表示される。このとき、矢印Ｂで示す画面の左側に３Ｄデータの階層構造がリスト形式で表示される。３Ｄデータの階層構造は、入力部１４の操作によって変更できる。

ついで、ゲームエンジン用の設定が行われる。

図９を参照して、ゲームエンジン用の設定を行いたい３Ｄデータの箇所（部品やアセンブリ）が、３Ｄ表示画面上でクリック、または矢印Ｂで示す画面の左側のリストから選択される。選択された部品またはアセンブリはハイライト表示される。つぎに、部品等が選択された状態で、矢印Ｃで示す「Add Component」がクリックされると、図１０に示すような画面が表示され、その部品等についてゲームエンジン用設定が選択される。たとえば、Rigidbodyが追加されると、物体の接触や重力の影響を受けるように計算され、WheelColliderおよび WheelControllerが追加されると、ゲームエンジンはその部品をタイヤと認識する。さらに、矢印Ｄで示す箇所を用いて、追加されたゲームエンジン用の設定に関して詳細な設定が行われる。たとえば、タイヤの特性の設定や接触判定をするか否かなどが設定される。

つぎに、運動モデルの選択・取込が行われる。

図１１を参照して、矢印Ｅで示す「Select FMU」がクリックされると、図８に示すようなウィンドウが開かれ、この画面から運動モデルが選択される。この実施形態では、車両運動モデルが選択される。すると、車両運動モデルが取り込まれ、矢印Ｆで示すように画面の左上に取り込まれたファイルの名称が表示される。また、取込が完了すると、矢印Ｇで示すように、通信設定するためのドロップダウンリストに運動モデルの入出力のデータ名称が表示される。

そして、通信設定ファイルの選択・取込が行われる。

図１２を参照して、矢印Ｈで示す箇所で、ＵＤＰ、ＴＣＰ、ＣＡＮ通信等の通信の種類が設定され、ゲームエンジンや連携ソフトウェアプログラムのアドレス設定が実施される。

つぎに、リンク設定が行われる。

図１３を参照して、矢印Ｉで示す「Select」がクリックされると、図８で示すようなウィンドウが表示され、この画面から通信データの構造を定義したファイル（通信設定ファイル）が選択される。通信設定ファイルが取り込まれると、矢印Ｊで示す箇所に送信側および受信側それぞれのデータ構造が表示される。

そして、表示されたデータのドロップダウンリストから、送信側について、運動モデルやゲームエンジンの演算結果のうち送信するデータの紐づけが実施される。すなわち、運動モデルから制御モデルへ送信されるデータの紐づけ、およびゲームエンジンから制御モデルへ送信されるデータの紐づけが実施される。また、受信側について、運動モデルの入力に用いるデータの紐づけが実施される。すなわち、制御モデルから運動モデルへ送信されるデータの紐づけが実施される。これらの処理は、通信と運動モデルとのリンク設定、および通信とゲームエンジンとのリンク設定に該当する。

ここで、ユーザインターフェイスを用いた制御モデルから運動モデルへのデータの紐づけの際に、制御演算と運動モデル演算との時刻同期を設定できる。

その後、矢印Ｋで示す画面の左側で、運動モデルとゲームエンジンとのデータの紐づけすなわちリンク設定が行われる。その設定は、通信と運動モデルとのリンク設定および通信とゲームエンジンとのリンク設定と同様に、ドロップダウンリストを選択して実施される。

以上のすべての設定が完了した状態で、矢印Ｌで示す「Create model」がクリックされると、図１４に示すような画面が表示され、保存先と保存名とが決定され保存ボタンが押されると、シミュレーション設定が記憶装置２２に出力され保存される。

ついで、図５を参照して、ステップＳ５のシミュレーションの環境選択動作について説明する。この環境選択は、たとえばＵｎｉｔｙが有する既存のユーザインターフェイスを表示部１６に表示させ、当該ユーザインターフェイスを入力部１４で操作することによって行われる。

まず、設定済みの運転環境データを利用するか否かが判断される（ステップＳ３１）。設定済みの運転環境データを利用しない場合には、たとえば国土地理院等が提供する外部のデータベースから３Ｄ地形データが取得され（ステップＳ３３）、３Ｄ地形に着色され（ステップＳ３５）、たとえば木、岩、対向車などの障害物や建築物が設定される（ステップＳ３７）。さらに、物理演算に必要なパラメータとしての外乱データが設定されて（ステップＳ３９）、３Ｄ地形データに外乱データが紐づけされた設定済みの運転環境データが生成され（ステップＳ４１）、ステップＳ３１に戻る。ステップＳ３１において、設定済みの運転環境データを利用する場合には、設定済みの運転環境データの中から所望の運転環境データが選択されて、記憶装置２２に記憶され（ステップＳ４３）、リターンする。

つぎに、図６を参照して、ステップＳ７のシミュレーション実施動作について説明する。このシミュレーション実施は、表示部１６にシミュレーション実行画面（図１５参照）を表示させて行われる。

まず、表示部１６に表示されたシミュレーション実行画面中の開始アイコン３４を入力部１４によってクリックする。すると、シミュレーションが開始され、運転環境データが読み込まれてメモリ２６に展開され（ステップＳ５１）、シミュレーション設定が読み込まれてメモリ２６に展開される（ステップＳ５３）。ついで、通信ポートが開かれ（ステップＳ５５）、シミュレーションが初期化される（ステップＳ５７）。すなわち、制御モデル、運動モデルおよびゲームエンジンの初期化演算が行われる。

そして、制御演算が行われ（ステップＳ５９）、運動モデルが演算され（ステップＳ６１）、ゲームエンジンが演算され（ステップＳ６３）、アニメーション描画に反映され（ステップＳ６５）、エンジン回転数、エンジントルクおよびタイヤの摩擦力などのセンシング情報が送信され（ステップＳ６７）、シミュレーションが終了したか否かが判断される（ステップＳ６９）。シミュレーションが終了していなければ、ステップＳ５９に戻り、処理が繰り返される。

すなわち、図２を参照して、指定値を用いて制御モデル、運動モデルおよびゲームエンジンの初期化演算が行われる。その後、センシング情報として運動モデルの初期値とゲームエンジンの初期値とを用いて制御モデルによる制御演算が行われ、その制御演算結果とゲームエンジンの初期値とを用いて運動モデルによる運動モデル演算が行われ、その運動モデル演算結果を用いてゲームエンジンによるゲームエンジン演算が行われ、ゲームエンジン演算結果がアニメーション描画に反映される。ついで、センシング情報として運動モデル演算結果とゲームエンジン演算結果とを用いて制御モデルによる制御演算が行われ、その制御演算結果とゲームエンジン演算結果とを用いて運動モデルによる運動モデル演算が行われ、その運動モデル演算結果を用いてゲームエンジンによるゲームエンジン演算が行われ、ゲームエンジン演算結果が３Ｄアニメーション描画に反映される。このような処理が、可視化シミュレーションプログラムの指令により、シミュレーションが終了するまで繰り返される。

図６に戻って、表示部１６に表示されたシミュレーション実行画面中の終了アイコン３６を入力部１４によってクリックすると、シミュレーションが終了し、通信ポートが閉じられ（ステップＳ７１）、リターンする。

なお、ゲームエンジン演算結果の３Ｄアニメーション画像、すなわち、制御対象の挙動のシミュレーション結果を示す３Ｄアニメーション画像は、ゲームエンジンを用いて生成される。この実施形態では、Ｕｎｉｔｙが有する「カメラ機能」を制御するプログラムを用いて３Ｄアニメーション画像が生成され、図１５に示すような３Ｄアニメーション描画が表示部１６に表示される。

このような可視化シミュレーションシステム１０によれば、運動モデル演算結果およびゲームエンジン演算結果に基づいて、連携ソフトウェアプログラムによって実行される制御モデルを用いた制御演算が行われ、ゲームエンジン演算結果および制御演算結果に基づいて、運動モデルを用いた運動モデル演算が行われ、運動モデル演算結果に基づいて、３Ｄ形状データとゲームエンジンと運転環境データとを用いたゲームエンジン演算が行われる。そして、ゲームエンジンを用いて、ゲームエンジン演算結果の３Ｄアニメーション画像、すなわち、制御対象の挙動のシミュレーション結果を示す３Ｄアニメーション画像が生成され、表示部１６に表示される。このように、ゲームエンジンを用いて運転環境の外乱を反映させて演算することによって、演算負荷の高い計算を軽量化できる。また、ゲームエンジン演算結果を運動モデル演算に反映させることによって、精度よく運動モデル演算結果が得られるとともに、運動モデル演算結果をゲームエンジン演算に反映させることによって、良好なシミュレーション結果が得られる。さらに、ゲームエンジンを用いることによって、シミュレーション結果の３Ｄアニメーション画像を容易に生成でき、当該３Ｄアニメーション画像を表示部１６に表示することができる。したがって、シミュレーション結果をグラフやデータ群で表現することなく、シミュレーション結果が分かり易くなる。また、シミュレーション結果を制御対象全体の３Ｄアニメーション画像として描画できるので、シミュレーション結果が一層分かり易くなる。

ゲームエンジン演算結果を利用して取得することができるセンシング情報を、制御演算に反映させることにより、さらに精度よく制御演算を行うことができる。

３Ｄ形状データおよび運動モデルの選択、ゲームエンジン用設定、通信設定ファイルの選択ならびにリンク設定等のシミュレーションに必要な設定を、簡便なＵＩ操作のみ（マウスによるクリック操作またはキーボードからの数値入力）によってコーディングレスで行うことができる。したがって、データ入力や指示が容易になり、利用者のソフトウェア技術技量に関係なくシミュレーションを利用できる。また、その設定結果をファイル出力することによって再利用できる。

運転環境データは、３Ｄ地形データと３Ｄ地形データに紐づけされる外乱データとを含むので、運転環境をより現実に近い状況に設定できる。たとえば障害物や建築物を任意に設定できるので、衝突や乗り上げがあった際の運動も計算できる。したがって、シミュレーション結果の精度を上げることができる。また、このような運転環境データをファイル出力することによって再利用できる。

以上より、新規構造や新規アイデアが搭載されたモビリティについて、ユーザが任意に準備した地形での運動シミュレーションをリアルタイムに容易に実施できる。また、その結果をアニメーションで表現することによって、ステークホルダ間の認識ずれを是正しながら、開発対象の開発結果の良し悪しを机上で確認できる。

また、可視化シミュレーションシステム１０がロギング機能を有する場合には、シミュレーション実施時の制御演算結果を示す制御ログデータと、ゲームエンジン演算結果および運動モデル演算結果の運動ログデータとを生成し、保存することができる。運動ログデータは、実物で計測できるデータだけではなく、実物では計測できないデータを含む。このようなログデータを解析入力データとして、構造、熱、応力などを解析するために別途準備された３ＤＣＡＥツールに与えることによって、良好な３Ｄシミュレーション結果を得ることができる。

また、保存されたログデータを実行することによって、シミュレーション結果の３Ｄアニメーション画像を随時確認することができる。

つぎに、図１６を参照して、この発明の他の実施形態に係る可視化シミュレーションシステム１０ａについて説明する。

可視化シミュレーションシステム１０ａは、ＭＩＬＳ用の装置であり、コンピュータ１２ａ，１２ｂと、入力部１４と、表示部１６とを含み、コンピュータ１２ａ，１２ｂによって分散処理を行うように構成される。

コンピュータ１２ａ，１２ｂはそれぞれ、図１に示す可視化シミュレーションシステム１０のコンピュータ１２と同様に構成される。したがって、コンピュータ１２ａの構成要素は、コンピュータ１２の構成要素の符号の末尾に「ａ」を付けることによって、その重複する説明は省略する。また、コンピュータ１２ｂの構成要素は、コンピュータ１２の構成要素の符号の末尾に「ｂ」を付けることによって、その重複する説明は省略する。

コンピュータ１２ａのマザーボード１８ａは、インターフェイス２８ａの外部装置接続装置３０ａを介して、入力部１４および表示部１６に接続される。コンピュータ１２ａと１２ｂとは、互いのネットワーク接続装置３２ａ，３２ｂを介して、Ｗｉ－ｆｉ、ＬＡＮなどを用いて接続される。

コンピュータ１２ａの記憶装置２２ａは、制御対象の３Ｄ形状データと、制御対象の運動モデルと、ゲームエンジンと、可視化シミュレーションプログラムと、運転環境データとを記憶する。コンピュータ１２ｂの記憶装置２２ｂは、制御対象を制御する制御装置の制御モデルと、制御モデルを実行するための連携ソフトウェアプログラムとを記憶する。

この実施形態では、コンピュータ１２ａにおいて、運動モデル演算、ゲームエンジン演算および３Ｄアニメーション画像の生成が行われ、コンピュータ１２ｂにおいて、制御演算が行われる。

すなわち、コンピュータ１２ａのＣＰＵ２４ａは、可視化シミュレーションプログラムの指令により、制御演算結果およびゲームエンジン演算結果に基づいて、運動モデルを用いた運動モデル演算を行う。ＣＰＵ２４ａおよびＧＰＵ２０ａは協働して、可視化シミュレーションプログラムの指令により、運動モデル演算結果に基づいて、３Ｄ形状データとゲームエンジンと運転環境データとを用いたゲームエンジン演算を行う。また、ＣＰＵ２４ａおよびＧＰＵ２０ａは協働して、可視化シミュレーションプログラムの指令により、ゲームエンジンを用いて、ゲームエンジン演算結果の３Ｄアニメーション画像を生成する。一方、コンピュータ１２ｂのＣＰＵ２４ｂは、可視化シミュレーションプログラムの指令により、運動モデル演算結果およびゲームエンジン演算結果に基づいて、連携ソフトウェアプログラムによって実行される制御モデルを用いた制御演算を行う。

このように可視化シミュレーションシステム１０ａでは、分散処理が行われ、先の実施形態に係る可視化シミュレーションシステム１０においてコンピュータ１２のＣＰＵ２４によって行われていた制御演算が、コンピュータ１２ｂのＣＰＵ２４ｂによって処理される。

この実施形態では、ＣＰＵ２４ｂが第１演算部に対応する。ＣＰＵ２４ａが第２演算部に対応する。ＣＰＵ２４ａおよびＧＰＵ２０ａが第３演算部に対応する。ＣＰＵ２４ａおよびＧＰＵ２０ａが第４演算部に対応する。記憶装置２２ａ，２２ｂが記憶部に対応する。

可視化シミュレーションシステム１０ａにおいても、可視化シミュレーションシステム１０と同様の効果が得られる。

また、可視化シミュレーションシステム１０ａによれば、２台のコンピュータ１２ａ，１２ｂによって演算を分散処理できるので、各コンピュータ１２ａ，１２ｂの演算負荷を小さくできる。

さらに、図１７を参照して、この発明の他の実施形態に係る可視化シミュレーションシステム１０ｂについて説明する。

可視化シミュレーションシステム１０ｂは、ＨＩＬＳ（Hardware-In-the-Loop Simulation）用の装置であり、可視化シミュレーションシステム１０ａのコンピュータ１２ｂに代えて、組み込みコンピュータ１２ｃが用いられる。組み込みコンピュータ１２ｃは、ＣＰＵ２４ｃと、メモリ２６ｃと、インターフェイス２８ｃとを含む。メモリ２６ｃは、ＲＯＭ３８と、ＲＡＭ４０とを含み、ＲＯＭ３８は、制御対象を制御する制御プログラムを記憶する。インターフェイス２８ｃは、外部機器接続装置３０ｃと、ネットワーク接続装置３２ｃとを含む。コンピュータ１２ａと組み込みコンピュータ１２ｃとは、互いのネットワーク接続装置３２ａ，３２ｃを介して接続される。可視化シミュレーションシステム１０ｂのその他の構成については、可視化シミュレーションシステム１０ａと同様である。

この実施形態では、コンピュータ１２ａにおいて、運動モデル演算、ゲームエンジン演算および３Ｄアニメーション画像の生成が行われ、組み込みコンピュータ１２ｃにおいて、制御演算が行われる。

すなわち、コンピュータ１２ａのＣＰＵ２４ａは、可視化シミュレーションプログラムの指令により、制御演算結果およびゲームエンジン演算結果に基づいて、運動モデルを用いた運動モデル演算を行う。ＣＰＵ２４ａおよびＧＰＵ２０ａは協働して、可視化シミュレーションプログラムの指令により、運動モデル演算結果に基づいて、３Ｄ形状データとゲームエンジンと運転環境データとを用いたゲームエンジン演算を行う。また、ＣＰＵ２４ａおよびＧＰＵ２０ａは協働して、可視化シミュレーションプログラムの指令により、ゲームエンジンを用いて、ゲームエンジン演算結果の３Ｄアニメーション画像を生成する。一方、組み込みコンピュータ１２ｃのＣＰＵ２４ｃは、可視化シミュレーションプログラムの指令により、制御プログラムを実行させて運動モデル演算結果およびゲームエンジン演算結果に基づく制御演算を行う。

このように可視化シミュレーションシステム１０ｂでは、分散処理が行われ、先の実施形態に係る可視化シミュレーションシステム１０ａにおいてコンピュータ１２ｂのＣＰＵ２４ｂによって行われていた制御演算が、組み込みコンピュータ１２ｃのＣＰＵ２４ｃによって処理される。

この実施形態では、ＣＰＵ２４ｃが第１演算部に対応する。ＣＰＵ２４ａが第２演算部に対応する。ＣＰＵ２４ａおよびＧＰＵ２０ａが第３演算部に対応する。ＣＰＵ２４ａおよびＧＰＵ２０ａが第４演算部に対応する。記憶装置２２ａおよびＲＯＭ３８が記憶部に対応する。

可視化シミュレーションシステム１０ｂにおいても、可視化シミュレーションシステム１０ａと同様の効果が得られる。

なお、図１に示す実施形態に係る可視化シミュレーションシステム１０において、記憶装置２２に、制御モデルおよび制御モデルを実行するための連携ソフトウェアプログラムが記憶される代わりに、制御対象を制御する制御プログラムが記憶されてもよい。この場合、コンピュータ１２のＣＰＵ２４は、可視化シミュレーションプログラムの指令により、制御プログラムを実行させて運動モデル演算結果およびゲームエンジン演算結果に基づく制御演算を行う。

上述の実施形態では、図２に示すように、制御演算は、運動モデル演算結果およびゲームエンジン演算結果に基づいて行われたが、これに限定されない。制御演算は、ゲームエンジン演算結果に基づくことなく運動モデル演算結果に基づいて行われてもよい。

この発明が適用される制御対象は、四輪車に限定されず、二輪車などの他の車両、マルチコプタなどの飛行体、船舶など、任意の輸送機器でよい。

１０，１０ａ，１０ｂ可視化シミュレーションシステム
１２，１２ａ，１２ｂコンピュータ
１２ｃ組み込みコンピュータ
１４入力部
１６表示部
２０，２０ａ，２０ｂＧＰＵ
２２，２２ａ，２２ｂ記憶装置
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃＣＰＵ
２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃメモリ
３８ＲＯＭ
４０ＲＡＭ

Claims

制御対象の挙動をシミュレーションする可視化シミュレーションシステムであって、
前記制御対象の３Ｄ形状データと、前記制御対象の運動モデルと、前記制御対象を制御する制御装置の制御モデルまたは制御プログラムと、ゲームエンジンと、可視化シミュレーションプログラムと、前記制御モデルを実行するための連携ソフトウェアプログラムと、運転環境データとが記憶される記憶部と、
前記連携ソフトウェアプログラムによって実行される前記制御モデルまたは前記制御プログラムを用いて制御演算を行う第１演算部と、
前記運動モデルを用いて運動モデル演算を行う第２演算部と、
前記３Ｄ形状データと前記ゲームエンジンと前記運転環境データとを用いてゲームエンジン演算を行う第３演算部と、
前記可視化シミュレーションプログラムの指令により、前記ゲームエンジンを用いて前記第３演算部によるゲームエンジン演算結果の３Ｄアニメーション画像を生成する第４演算部と、
前記３Ｄアニメーション画像を表示する表示部とを備え、
前記第１演算部は、前記可視化シミュレーションプログラムの指令により、前記第２演算部による運動モデル演算結果に基づいて制御演算を行い、
前記第２演算部は、前記可視化シミュレーションプログラムの指令により、前記第１演算部による制御演算結果および前記第３演算部によるゲームエンジン演算結果に基づいて運動モデル演算を行い、
前記第３演算部は、前記可視化シミュレーションプログラムの指令により、前記第２演算部による運動モデル演算結果に基づいてゲームエンジン演算を行う、可視化シミュレーションシステム。
前記第１演算部は、さらに前記第３演算部によるゲームエンジン演算結果に基づいて制御演算を行う、請求項１に記載の可視化シミュレーションシステム。
前記可視化シミュレーションプログラムは、前記表示部にユーザインターフェイスを表示させるためのプログラムを含み、
当該可視化シミュレーションシステムは、前記表示部に表示された前記ユーザインターフェイスを操作する入力部をさらに含む、請求項１または２に記載の可視化シミュレーションシステム。
前記運転環境データは、３Ｄ地形データと前記３Ｄ地形データに紐づけされる外乱データとを含む、請求項１から３のいずれかに記載の可視化シミュレーションシステム。
制御対象の３Ｄ形状データと、前記制御対象の運動モデルと、前記制御対象を制御する制御装置の制御モデルまたは制御プログラムと、ゲームエンジンと、可視化シミュレーションプログラムと、前記制御モデルを実行するための連携ソフトウェアプログラムと、運転環境データとを用いて、前記制御対象の挙動をシミュレーションする可視化シミュレーション方法であって、
前記連携ソフトウェアプログラムによって実行される前記制御モデルまたは前記制御プログラムを用いて制御演算を行う第１ステップと、
前記運動モデルを用いて運動モデル演算を行う第２ステップと、
前記３Ｄ形状データと前記ゲームエンジンと前記運転環境データとを用いてゲームエンジン演算を行う第３ステップと、
前記可視化シミュレーションプログラムの指令により、前記ゲームエンジンを用いて前記第３ステップによるゲームエンジン演算結果の３Ｄアニメーション画像を生成する第４ステップと、
前記３Ｄアニメーション画像を表示部に表示する第５ステップとを備え、
前記第１ステップは、前記可視化シミュレーションプログラムの指令により、前記第２ステップによる運動モデル演算結果に基づいて制御演算を行い、
前記第２ステップは、前記可視化シミュレーションプログラムの指令により、前記第１ステップによる制御演算結果および前記第３ステップによるゲームエンジン演算結果に基づいて運動モデル演算を行い、
前記第３ステップは、前記可視化シミュレーションプログラムの指令により、前記第２ステップによる運動モデル演算結果に基づいてゲームエンジン演算を行う、可視化シミュレーション方法。