![[PukiWiki]](image/Concept_logo.jpg "[PukiWiki]"){kind=logo}
Up:[[Tutorial]] Previous：[[車両のダイナミクス（ダンベルモデル）]]
#contents
*距離センサ [#r0d5dd55]
ここでは距離センサ機能を使ったサンプルを紹介します。距離センサAPIはdistanceSensor(), distanceSensor1D, distanceSensor2D()の3つがあります。distanceSensor()はカメラから視線方向の点と点の距離としてのスカラ値、distanceSensor1Dはエージェントの視線から水平面に沿って，物体までの距離を連続的に得るベクトル値（一次元配列）、distanceSensor2D()は同様に視野全体に渡る，二次元配列の距離データを取得することができます。（※正確にはカメラの投影面からの距離を取得します。）
※このサンプルはサービスプロバイダ機能を使用するため、ポートフォワーディングでサーバに接続している場合は双方向のポートフォワーディングが必要です。設定方法は[[こちら>ポートフォワーディングでサーバに接続する方法]]を参照ください。
**0次元距離センサ [#r07b5fe9]
distanceSensor()を使ってカメラの視線方向のオブジェクトまでの距離を取得するサンプルを紹介します。
***コントローラ作成 [#j5a63794]
まずはコントローラを作成します。
$ cd sigverse-<version>/bin/NewWorld
$ emacs distanceSensor.cpp
distanceSensor.cpp
#include <Controller.h>
#include <ControllerEvent.h>
#include <Logger.h>
#include <ViewImage.h>
#include <math.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define PI 3.141592
#define DEG2RAD(DEG) ( (PI) * (DEG) / 180.0 )
class RobotController : public Controller
{
public:
void onInit(InitEvent &evt);
double onAction(ActionEvent &evt);
private:
//移動速度
double vel;
};
void RobotController::onInit(InitEvent &evt)
{
vel = 10.0;
srand(time(NULL));
}
//定期的に呼び出される関数
double RobotController::onAction(ActionEvent &evt)
{
try {
SimObj *my = getObj(myname());
//自分の位置を得ます。
double x = my->x();
double y = my->y();
double z = my->z();
//y軸周りの自分の回転を得ます。（クオータニオン）
double qy = my->qy();
//クオータニオンから回転角を導出します。
double theta = 2*asin(qy);
double dx = 0;
double dz = 0;
//移動する方向を決定します。
dx = sin(theta) * vel;
dz = cos(theta) * vel;
//移動します。
my->setPosition( x + dx, y , z + dz );
//視線方向のオブジェクトまでの距離を取得します。
unsigned char distance = distanceSensor();
LOG_MSG(("distance = %d",distance));
//距離が120以下であれば向きを変えます
if(distance < 120)
{
my->setAxisAndAngle(0.0, 1.0, 0.0, (double)rand()/RAND_MAX * PI - PI/2);
}
} catch (SimObj::Exception &) {
}
return 1.0;
}
extern "C" Controller * createController ()
{
return new RobotController;
}
このコントローラは以下の行
&color(red){unsigned char distance = distanceSensor();};
で視線方向のオブジェクトまでの距離を取得しています。戻り値はunsigned char型です。つまり取得できる距離データは0～255までの整数です。デフォルトでは255（SIGVerseの距離の単位）までの距離を取得することができ、255よりも遠いオブジェクトはすべて255と表示されます。
このコントローラではロボットは向いている方向に進み、視線方向のオブジェクトまでの距離が120よりも近くなるとロボットの体全体の向きをランダムに変えます。
Makefileに作成したファイルを追加してコンパイルします。（手順省略）
***世界ファイル [#md4f157f]
次に世界ファイルを作成します。
$ cd ..
$ emacs xml/distanceSensor.xml
distanceSensor.xml
<?xml version="1.0" encoding="utf8"?>
<world name="VisTest2">
<gravity x="0.0" y="-9.8" z="0.0"/>
<instanciate class="Robot-nii.xml">
<set-attr-value name="name" value="robot_0"/>
<set-attr-value name="dynamics" value="false"/>
<set-attr-value name="x" value="0.0"/>
<set-attr-value name="y" value="60.0"/>
<set-attr-value name="z" value="-40.0"/>
<set-attr-value name="qw" value="0.0"/>
<set-attr-value name="qx" value="0.0"/>
<set-attr-value name="qy" value="1.0"/>
<set-attr-value name="qz" value="0.0"/>
<set-attr-value name="elnk1" value="HEAD_LINK"/>
<set-attr-value name="epx1" value="-5.0"/>
<set-attr-value name="epy1" value="0.0"/>
<set-attr-value name="epz1" value="5.0"/>
<set-attr-value name="evx1" value="0.0"/>
<set-attr-value name="evy1" value="-1.0"/>
<set-attr-value name="evz1" value="1.0"/>
<set-attr-value name="elnk2" value="HEAD_LINK"/>
<set-attr-value name="epx2" value="5.0"/>
<set-attr-value name="epy2" value="0.0"/>
<set-attr-value name="epz2" value="5.0"/>
<set-attr-value name="evx2" value="0.0"/>
<set-attr-value name="evy2" value="-1.0"/>
<set-attr-value name="evz2" value="1.0"/>
<set-attr-value name="language" value="c++"/>
<set-attr-value name="implementation" value="./distanceSensor.so"/>
</instanciate>
<instanciate class="seTV.xml">
<set-attr-value name="name" value="TV_0"/>
<set-attr-value name="dynamics" value="false"/>
<set-attr-value name="x" value="-20.0"/>
<set-attr-value name="y" value="82.0"/>
<set-attr-value name="z" value="-250.0"/>
<set-attr-value name="visStateAttrName" value="switch"/>
<set-attr-value name="switch" value="on"/>
</instanciate>
<instanciate class="seSofa_2seater.xml">
<set-attr-value name="name" value="sofa_0"/>
<set-attr-value name="dynamics" value="false"/>
<set-attr-value name="x" value="-200.0"/>
<set-attr-value name="y" value="20.0"/>
<set-attr-value name="z" value="-100.0"/>
<set-attr-value name="qw" value="0.707"/>
<set-attr-value name="qx" value="0.0"/>
<set-attr-value name="qy" value="0.707"/>
<set-attr-value name="qz" value="0.0"/>
</instanciate>
<instanciate class="seTVbass_B.xml">
<set-attr-value name="name" value="TVdai_0"/>
<set-attr-value name="dynamics" value="false"/>
<set-attr-value name="x" value="-20.0"/>
<set-attr-value name="y" value="13.0"/>
<set-attr-value name="z" value="-250.0"/>
</instanciate>
<instanciate class="seMagazine_rack_B.xml">
<set-attr-value name="name" value="rack_0"/>
<set-attr-value name="dynamics" value="false"/>
<set-attr-value name="x" value="150.0"/>
<set-attr-value name="y" value="75.0"/>
<set-attr-value name="z" value="-250.0"/>
</instanciate>
<instanciate class="sePlant_B.xml">
<set-attr-value name="name" value="plant_0"/>
<set-attr-value name="dynamics" value="false"/>
<set-attr-value name="x" value="150.0"/>
<set-attr-value name="y" value="30.0"/>
<set-attr-value name="z" value="-100.0"/>
<set-attr-value name="qw" value="0.707"/>
<set-attr-value name="qx" value="0.0"/>
<set-attr-value name="qy" value="0.707"/>
<set-attr-value name="qz" value="0.0"/>
</instanciate>
<instanciate class="seTrashbox_c01.xml">
<set-attr-value name="name" value="trash_0"/>
<set-attr-value name="dynamics" value="false"/>
<set-attr-value name="x" value="50.0"/>
<set-attr-value name="y" value="30.0"/>
<set-attr-value name="z" value="70.0"/>
<set-attr-value name="scalex" value="0.70"/>
<set-attr-value name="scaley" value="0.70"/>
<set-attr-value name="scalez" value="0.70"/>
<set-attr-value name="qw" value="0.707"/>
<set-attr-value name="qx" value="0.0"/>
<set-attr-value name="qy" value="0.707"/>
<set-attr-value name="qz" value="0.0"/>
</instanciate>
<instanciate class="seTrashbox_c02.xml">
<set-attr-value name="name" value="trash_1"/>
<set-attr-value name="dynamics" value="false"/>
<set-attr-value name="x" value="0.0"/>
<set-attr-value name="y" value="30.0"/>
<set-attr-value name="z" value="70.0"/>
<set-attr-value name="scalex" value="0.70"/>
<set-attr-value name="scaley" value="0.70"/>
<set-attr-value name="scalez" value="0.70"/>
<set-attr-value name="qw" value="0.707"/>
<set-attr-value name="qx" value="0.0"/>
<set-attr-value name="qy" value="0.707"/>
<set-attr-value name="qz" value="0.0"/>
</instanciate>
<instanciate class="seSidetable_B.xml">
<set-attr-value name="name" value="sidetable_0"/>
<set-attr-value name="dynamics" value="false"/>
<set-attr-value name="x" value="-100.0"/>
<set-attr-value name="y" value="23.0"/>
<set-attr-value name="z" value="-100.0"/>
<set-attr-value name="qw" value="0.707"/>
<set-attr-value name="qx" value="0.0"/>
<set-attr-value name="qy" value="0.707"/>
<set-attr-value name="qz" value="0.0"/>
</instanciate>
</world>
***実行 [#l3f6882d]
それでは実行してみましょう。
$ ./sigserver.sh -p 9001 -w xml/distanceSensor.xml
#ref(distance_1.jpg)
シミュレーションを実行してみるとロボットが進んで、オブジェクトに近づくとロボットが方向転換しているのがわかると思います。
**距離範囲、カメラIDの指定 [#baeff175]
デフォルトでは0～255(SIGVerseの距離）までの距離データしか取得することができません。
さらに遠くの距離を取得したい場合などはdistanceSensor()の引数に取得したい距離データの範囲を指定することができます。
distanceSensor()を例えば以下のように修正します。
unsigned char distance = distanceSensor();
↓
unsigned char distance = distanceSensor(50.0, 500.0, 2);
最初２つの引数で距離センサが取得できる距離の範囲を指定します。この例ではカメラから距離が50.0～500.0までの距離データを取得することができます。このとき取得できる距離データの値は先ほどと同様0～255です。つまりカメラからの距離が50.0以下の場合は戻り値が0になり、500.0以上の場合は255となります。範囲を大きくすると広範囲の距離データを取得することができますが分解能が悪くなります。
さらにカメラが複数ある場合などは3番目の引数でカメラIDを指定します。
この後で出てくるdistanceSensor1D, distanceSensor2Dも同様の設定が可能です。
**1次元距離センサ [#cb2b5721]
エージェントの視線の水平面に沿って距離を取得するサンプルです。水平面の距離データが配列データで一度に取得することができます。
***コントローラ修正 [#s7488bb0]
コントローラを修正します。
$ cd NewWorld
$ emacs -nw distanceSensor.cpp
以下の部分を修正
//視線方向のオブジェクトまでの距離を取得します。
unsigned char = distanceSensor();
LOG_MSG(("distance = %d",distance));
↓
//水平面の距離データを取得します。
DepthImage *depth = distanceSensor1D();
//水平面の深度データを取得します。
DepthImage *img = distanceSensor1D();
unsigned char distance = 255;
double distance = 255.0;
//水平の距離データの最小値を求めます。
//水平面内の距離データの最小値を求めます。
for(int i = 0; i < 320; i++){
//ピクセルの位置を指定して距離データを取得します。
unsigned char tmp_dis = depth->getDepthFromPixel(i);
//ピクセルの位置を指定しdepth値を取得します。
unsigned char depth = img->getDepthFromPixel(i);
//depth値、ピクセル位置から距離の計算.289.7は焦点距離(単位pixel）
double theta = atan(abs(i-120)/289.7);
double tmp_dis = depth/cos(theta);
if(distance > tmp_dis) {
distance = tmp_dis;
}
}
LOG_MSG(("distance = %.1f",distance));
distanceSensor1D()で1次元距離データを取得します。戻り値はクラスDepthImageです。
デフォルトではカメラの視野角内の幅320ピクセルのデータが取得できます。(2011年9月の時点では320のみ対応)。距離データを取得するにはgetDepthFromPixelを使って距離データを取得します。
distanceSensor1D()で視線方向の水平面に沿った1次元の深度マップが得られます。戻り値はクラスDepthImageです。
デフォルトではカメラの視野角内の幅320ピクセルのデータが取得できます。(2011年9月の時点では320のみ対応)。距離データを取得するにはgetDepthFromPixelを使ってまずdepth値を取得し、そこからオブジェクトまでの距離を計算します。
pixelではなくカメラからの方向を指定して距離データを取得する場合はgetDepthFromAngle()を使います。このとき引数で方向を指定します。単位はdegree、 視線方向が0、左が＋。（2次元距離データの場合は2番目の引数に高さ方向の角度指定)
このサンプルは水平面の距離データの最小値（いちばん近い距離）が120以下の場合に方向を変えるサンプルです。
コンパイルします。
$ make
***実行 [#o60b67bd]
実行してみましょう。
$ cd ../
$ ./sigserver.sh -p 9001 -w xml/distanceSensor.xml
先ほどのサンプルでは近くにオブジェクトがあっても視線方向と外れていたら向きを変えませんでしたが、
こちらのサンプルではロボットはより衝突を回避できているのがわかります。
**2次元距離センサ [#z93a6d1d]
視野全体の距離データを取得するサンプルを紹介します。
***コントローラ [#n495b830]
新しくコントローラを作成します。
$ cd NewWorld
$ emacs distanceSensor2D.cpp
distanceSensor2D.cpp
#include <Controller.h>
#include <ControllerEvent.h>
#include <Logger.h>
#include <ViewImage.h>
#include <math.h>
#define PI 3.141592
#define DEG2RAD(DEG) ( (PI) * (DEG) / 180.0 )
class RobotController : public Controller
{
public:
void onInit(InitEvent &evt);
double onAction(ActionEvent &evt);
void onRecvMessage(RecvMessageEvent &evt);
private:
//移動速度
double vel;
//体を回転させるときの回転角
int dy;
};
void RobotController::onInit(InitEvent &evt)
{
vel = 10.0;
dy = 45;
}
//定期的に呼び出される関数
double RobotController::onAction(ActionEvent &evt)
{
try{
} catch (SimObj::Exception &) {
}
return 1.0;
}
//メッセージ受信時に呼び出される関数
void RobotController::onRecvMessage(RecvMessageEvent &evt)
{
int n = evt.getSize();
static int iImage = 0;
if (n>0)
{
//取得したメッセージを表示します。
std::string msg = evt.getString(0);
LOG_MSG(("msg : %s", msg.c_str()));
//メッセージ"capture"を受信するとcaptureViewを行います。
if (strcmp(msg.c_str(), "capture") == 0)
{
SimObj *my = getObj(myname());
SimObj *my = getObj(myname());
//エージェント視点の深度画像を取得します。
DepthImage *img = distanceSensor2D();
unsigned char distance = 255;
int min_i = 0;
int min_j = 0;
//エージェント視点の深度画像を取得します。
DepthImage *img = distanceSensor2D();
double distance = 255.0;
int min_i = 0;
int min_j = 0;
if (img)
{
for(int i = 0; i < 240; i++){
for(int j = 0; j < 320; j++){
//距離データ取得Depthマップの中で最小の距離を取得します。
unsigned char tmp_dis = img->getDepthFromPixel(j,i);
if(distance > tmp_dis){
distance = tmp_dis;
//最小距離の時のpixel位置を取得します。
min_i = i;
min_j = j;
}
}
}
//取得した深度画像の高さと幅取得
int height = img->getHeight();
int width = img->getWidth();
LOG_MSG(("minimum distance = %d",distance));
//視野角取得(高さ方向）
double fov = my->FOV();
//最も近いオブジェクトがある方向を指します。289.7はFOVが45°のときの焦点距離
my->setJointAngle("RARM_JOINT2", atan((160-min_j)/289.7));
my->setJointAngle("RARM_JOINT0", DEG2RAD(-90.0) - atan((120-min_i)/289.7));
//焦点距離取得（pixel単位）
double fl = (img->getHeight()/2)/tan(DEG2RAD(fov/2));
if (img)
{
for(int i = 0; i < height; i++){
for(int j = 0; j < width; j++){
//depth値を取得します。
unsigned char depth = img->getDepthFromPixel(j,i);
//depth値、ピクセル位置から実際の距離を計算します。
//pixel位置の画像中心からの距離（単位:pixel)
double tmp = sqrt(pow(abs(i-height/2),2)+pow(abs(j-width/2),2));
//視線ベクトルからの角度(単位:radian)
double theta = atan(tmp/fl);
//オブジェクトまでの距離計算
double tmp_dis = depth/cos(theta);
if(distance > tmp_dis){
distance = tmp_dis;
//最小距離の時のpixel位置を取得します。
min_i = i;
min_j = j;
}
}
}
//最も近いオブジェクトに手を伸ばします。
my->setJointAngle("RARM_JOINT2", atan((160-min_j)/fl));
my->setJointAngle("RARM_JOINT0", DEG2RAD(-90.0) - atan((120-min_i)/fl));
//Windows BMP 形式で保存します。
char fname[256];
sprintf(fname, "view%03d.bmp", iImage++);
img->saveAsWindowsBMP(fname);
//必要なくなったら削除します。
delete img;
}
}
//メッセージ"rotation"を受信すると回転します。
if (strcmp(msg.c_str(), "rotation") == 0){
SimObj *my = getObj(myname());
// 自分のy軸周りの回転を得ます(クオータニオン)
double qy = my->qy();
//くオータニオンから回転角(ラジアン)を導出します
double theta = 2*asin(qy);
//体全体を回転させます。
double y = theta + DEG2RAD(45);
if( y >= PI)
{
y = y - 2 * PI;
}
my->setAxisAndAngle(0, 1.0, 0, y);
}
//メッセージ"move"を受信すると自分の向いている方向に進みます。
if (strcmp(msg.c_str(), "move") == 0){
SimObj *my = getObj(myname());
//自分の位置を得ます。
double x = my->x();
double y = my->y();
double z = my->z();
//y軸周りの自分の回転を得ます。（クオータニオン）
double qy = my->qy();
//クオータニオンから回転角を導出します。
double theta = 2*asin(qy);
//移動距離を初期化します。
double dx = 0.0;
double dz = 0.0;
//移動する方向を決定します。
dx = sin(theta) * vel;
dz = cos(theta) * vel;
//移動します。
my->setPosition( x + dx, y , z + dz );
}
}
}
extern "C" Controller * createController ()
{
return new RobotController;
}
このサンプルはcaptureViewのときと同様にエージェントに"move","rotation"等のメッセージを送信してロボットを操作します。また、"capture"を送信した場合はdistanceSensor2D()を使って視野全体の距離データ（深度画像）を取得し、その中で最も近いオブジェクトがある方向を計算し、その方向をロボットが指さします。画像中に同じ距離が複数ある場合は左上を優先して指さします。デフォルトで取得できる距離データは320×240(2011年9月の時点では320×240のみ対応)です。
また、captureViewで取得した画像と同様に
img->saveAsWindowsBMP(fname);
で深度画像を保存することができます。
それではMakefileを修正してコンパイルします。
$ make
***世界ファイルの編集 [#lfddf4ed]
コントローラ指定箇所を修正します。
<set-attr-value name="implementation" value="./distanceSensor.so"/>
↓
<set-attr-value name="implementation" value="./distanceSensor2D.so"/>
視線ベクトルを修正します。（※下を向いていると地面を検出してしまうので。。）
<set-attr-value name="evx1" value="0.0"/>
<set-attr-value name="evy1" value="-1.0"/>
<set-attr-value name="evz1" value="1.0"/>
↓
<set-attr-value name="evx1" value="0.0"/>
<set-attr-value name="evy1" value="0.0"/>
<set-attr-value name="evz1" value="1.0"/>
***実行 [#taae64c5]
それでは実行してみましょう。
$ cd ~/sigverse/bin
$ ./sigserver.sh -p 9001 -w xml/distanceSensor.xml
ロボットがリビングに立っているので好きなところでメッセージ"capture"を送信して見てください。ロボットが最も近いオブジェクトの方向を指します。
#ref(distance_2.jpg)
また、保存した深度画像を見てみると以下のような画像が見えると思います。
#ref(view001.jpg)
テレビとソファの間をcaptureした深度画像
※１次元、2次元の距離データはすべてカメラの投影面からの距離なので画像の外側ほどカメラからの距離よりも近い値を取得します。
Site admin: inamura
PukiWiki 1.5.0 Copyright © 2001-2006 PukiWiki Developers Team. License is GPL.