Windows上でUnityとROS2を連携させる (1) ~環境構築編~

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ROS2 ROS Unity Unity テキストリンク

はじめに

UnityとROS2を連携させることを可能にするUnity-Robotics-Hubが、最近ROS2対応しました。
そこで本記事では、ROS2とUnityを連携させるための「環境構築」について解説します。

実行環境

本記事で用いる実行環境は以下の通りです。

項目 値
CPU Core i7-9750H
OS Windows10
ROS2 Foxy Fitzroy
Unity 2020.3.16f1

　※DockerやWSL2を使用する選択肢もありますが、外部PCとの通信が難しいことから、Windowsで実行します。

　※今後Oculus Quest2を使用したサンプルを作成する予定のため、Oculus Linkが利用可能なOSであるWindowsを使用しています。

Unity-Robotics-Hubについて

Unity-Robotics-Hubの概要

Unity-Robotics-Hubは、Unity環境内でROSをベースとしたRoboticsのシミュレーションをするためのツールやチュートリアルなどを提供してくれているリポジトリです。
本記事ではその中の、ROSとUnityを連携させる「ROS–Unity Integration」というドキュメンテーションをメインに扱います。

ROS2とUnityの通信の仕組み

画像引用元：https://github.com/Unity-Technologies/Unity-Robotics-Hub/blob/main/tutorials/ros_unity_integration/README.md

Unity側

Unity側では、ROS-TCP-Connectorというpackageを使用します。そのpackageは以下の3つの機能を提供します。

①ROSConnection
Unityスクリプト(C#)でROS2との通信(Publish/Subscribe)を可能にするプラグイン

②Message Generation
ROS message(Twistなど)をUnityが扱えるようにC#のclassに自動で変換してくれるプラグイン

③ROSGeometry
UnityとROSの座標フレームが違う場合に変換できる
※Unityでは、X軸が右、Y軸が上、Z軸が前を向いている
※ROSはさまざまな座標フレームに対応している

ROS2側

ROS2側では、ROS-TCP-Endpointを起動することで、ROS-TCP-Connectorを使用したUnityとROS messageを送受信できるようになります。

ROS2側の環境構築

WindowsへのROS2のインストール

①ROS2 FoxyをWindowsにインストール

公式ページに沿って、ROS2 FoxyをWindowsにインストールします。

※ページの下の方にある、Alternativeの方法でインストールすることを強くお勧めします。インストールが複雑でなく素早くインストールが可能です。この先はAlternativeの方法でインストールしたことを前提に進めていきます。

②動作チェック

Command Promptを開き、以下のコマンドを実行

shell1

$ call C:\opt\ros\foxy\x64\local_setup.bat
$ ros2 run demo_nodes_cpp talker

shell2

$ call C:\opt\ros\foxy\x64\local_setup.bat
$ ros2 run demo_nodes_cpp listener

2つのシェルが通信していることを確認する。

Visual Studio2019のインストール

WindowsでBuildする際にVisual Studioが必要になるためインストールする。

公式ページを参考に、Visual Studio 2019をインストールする。

※既にインストール済の場合
Visual Studio Installerから「Modify」を押して、「Desktop development with C++」にチェックを入れて再インストールしておくのが確実です。もしくはアンインストールし、再インストールしてください。

ROS2のworkspaceの作成

ROS2のworkspaceに関する公式ページを参考に実行する。

workspaceの作成

$ call C:\opt\ros\foxy\x64\local_setup.bat
$ md \dev_ws\src
$ cd \dev_ws\src
$ git clone https://github.com/ros/ros_tutorials.git -b foxy-devel

Build

$ call C:\opt\ros\foxy\x64\local_setup.bat
$ cd \dev_ws
$ call "C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Community\VC\Auxiliary\Build\vcvarsall.bat" x86_amd64
$ colcon build --merge-install

※Buildするために、Visual Studio 2019を呼び出しています。
※CMAKE_C_COMPILERに関するエラーが出る場合は、Visual Studio 2019のインストールが上手くいっていない可能性が高いです。

turtlesimのsampleを起動

$ cd \dev_ws
$ call install/setup.bat
$ ros2 run turtlesim turtlesim_node

亀のシミュレータが起動すれば成功です。

Unity側の環境構築

Unityの公式ページから「Unity：2020.3.16f1」をインストールしてください。

Unity-Robotics-Hubの導入

Unity-Robotics-HubのDownload

  • Unity-Robotics-HubのzipファイルをDownloadし、解凍後、Documentsフォルダに入れる。

  • 「Unity-Robotics-Hub/tutorials/ros_unity_integration/ros2_packages」の中にある、

    • unity_robotics_demo
    • unity_robotics_demo_msgs

を、workspace/srcに入れる

ROS-TCP-Endpointの実行

ROS-TCP-EndpointのDownload

ROS-TCP-EndpointをDownloadし、解凍後、workspace/srcの中に入れる。

※git cloneを使用するとROS1バージョンがDownloadされてしまうので注意

Build

$ call C:\opt\ros\foxy\x64\local_setup.bat
$ cd \dev_ws
$ call "C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Community\VC\Auxiliary\Build\vcvarsall.bat" x86_amd64
$ call install/setup.bat
$ colcon build --merge-install
$ call install/setup.bat`

※call install/setup.bat
1回目：Buildに使用する環境を設定
2回目：新しくBuildされたパッケージを環境に追加

ros_tcp_endpointの実行

※<your IP address>に、ROSを使用しているPCのIPアドレスを入力してください

$ call C:\opt\ros\foxy\x64\local_setup.bat
$ cd \dev_ws
$ call install/setup.bat
$ ros2 run ros_tcp_endpoint default_server_endpoint --ros-args -p ROS_IP:=<your IP address>

ros_tcp_endpointの起動の成功例

C :\dev_ws>ros2 run ros_tcp_endpoint default_server_endpoint --ros-args -p ROS_IP:=192.000.00.000
 [INFO] [1630459690.215017900] [TCPServer]: Starting server on 192.000.00.000:10000

ROS-TCP-Connectorの実行

ROS-TCP-ConnectorのDownload

公式ページを参考にDownloadする

  • Unity Versionが「2020.3.16f1」のプロジェクトを作成する
  • 「Window」から「Package Manager」を開く
    • 左上の「＋」ボタンを押して、「Add package from git URL...」にhttps://github.com/Unity-Technologies/ROS-TCP-Connector.git?path=/com.unity.robotics.ros-tcp-connectorを入力して追加
  • メニューバーに「Robotics」が追加されているはずなので、「ROS Setting」を選択
    • IPアドレスを変更
    • ROS1からROS2に変更

Unity Robotics DemoのBuild

 $ call C:\opt\ros\foxy\x64\local_setup.bat
 $ cd \dev_ws
 $ call "C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Community\VC\Auxiliary\Build\vcvarsall.bat" x86_amd64
 $ call install/setup.bat
 $ colcon build --merge-install
 $ call install/setup.bat

※call install/setup.bat
1回目：Buildに使用する環境を設定
2回目：新しくBuildされたパッケージを環境に追加

Message Generationの実行

  • メニュー「Robotics -> Generate ROS Message」
  • ROS message path「Browse」ボタンから、dev_ws/src/unity_robotics_demo_msgsを指定
  • メニュー「Robotics -> Generate ROS Message」から、「ROS Message Browser」の中でBuildボタンを押すと、UnityのAssets内に「RosMessages」というフォルダが作成されている

以下のように追加されていれば成功

Windows Firewallの設定について

Windowsを使用する場合、通信するためにポートを開ける必要があります（手順）。

※Windowsの環境によって、手順で示されている画面(UI)とは違う場合があります。

サンプルの実行①：Unity -> ROS2

UnityとROS2が通信する環境が整ったので、実際にサンプルを実行し、動作確認を行います。

1つ目のサンプルは以下のような内容です。

  • Unity(Publisher)：Cubeの位置・姿勢情報をTopicとしてPublishする
  • ROS2(Subscriber)：UnityからのTopicをSubscribeする

ros_tcp_endpointの起動

$ call C:\opt\ros\foxy\x64\local_setup.bat
$ cd \dev_ws
$ call install/setup.bat
$ ros2 run ros_tcp_endpoint default_server_endpoint --ros-args -p ROS_IP:=<your IP address>

Unity側の実行

このページの手順に沿って、スクリプトの作成、シーンの作成を行ってください。

※スクリプトをアタッチした空オブジェクトのInspectorに表示される、CubeパラメータにCubeオブジェクトをアタッチすることを忘れないでください。

ROS2側の実行

  • topic listを実行し、Topic(/pos_rot)がUnityからROS2ネットワークにpublishされていることを確認します。　 　
  • 確認後、topic echoを実行し、topic内容を確認します。
$ call C:\opt\ros\foxy\x64\local_setup.bat
$ cd \dev_ws
$ call install/setup.bat
$ ros2 topic list
$ ros2 topic echo /pos_rot

成功例

pos_x: 0.0
pos_y: 1.0
pos_z: 0.0
rot_x: 1.5136975230593711
rot_y: -0.8131293901451347
rot_z: 0.3018129334884557
rot_w: 0.6689227173812269

サンプルの実行②：ROS2 -> Unity

2つ目のサンプルは以下のような内容です。

  • ROS2(Publisher)：color情報をTopicとしてPublishする
  • Unity(Subscriber)：ROS2からのTopicをSubscribeし、Cubeの色を変化させる

ros_tcp_endpointの起動

$ call C:\opt\ros\foxy\x64\local_setup.bat
$ cd \dev_ws
$ call install/setup.bat
$ ros2 run ros_tcp_endpoint default_server_endpoint --ros-args -p ROS_IP:=<your IP address>

Unity側の実行

このページの手順に沿って、スクリプトの作成を行ってください。

※スクリプトをアタッチした空オブジェクトのInspectorに表示される、CubeパラメータにCubeオブジェクトをアタッチすることを忘れないでください。

ROS2側の実行

$ call C:\opt\ros\foxy\x64\local_setup.bat
$ cd \dev_ws
$ call install/setup.bat
$ ros2 run unity_robotics_demo color_publisher

UnityのCubeの色が変化すれば成功です。

おわりに

今回はWindows環境でUnityとROS2を連携させるための環境構築について解説しました。
次回は、ROS2からのTopicを可視化することを目的として、簡易型シミュレータをUnity内に作成する方法について解説します。

参考文献