matlab-create-uav-scenario

UAV シナリオの作成

UAV Toolbox の uavScenario フレームワークを使用して、地形、建物、センサー搭載プラットフォーム、および 3D ビジュアライゼーションを備えた UAV シナリオを構築してシミュレーションします。

使用する場面

• 現実世界の地形や建物を含む UAV シミュレーション環境を作成する場合
• センサー（GPS、IMU、ライダー）を搭載した UAV プラットフォームをシナリオに追加する場合
• センサー読み取り値を取得しながら、時間刻みのシミュレーションループを実行する場合
• show3D を使って UAV の飛行を 3D で可視化する場合

使用しない場面

• 飛行軌道（ウェイポイント設計、min-snap）の生成 — 軌道スキルを使用してください
• Simulink ベースの UAV シミュレーション（UAV Toolbox の Simulink ブロック）
• 経路計画および障害物回避アルゴリズム
• 座標変換のみ（ned2lla、lla2ned）— これらを直接使用してください

ワークフロー

1. シナリオを作成 — ReferenceLocation と UpdateRate を指定して uavScenario を使用します
2. 地形を追加 — GMTED2010 またはカスタム DTED を使用して addMesh(scene,"terrain",...) を実行します
3. 建物を追加 — OSM ファイルから addMesh(scene,"buildings",...) を実行します
4. プラットフォームを追加 — 軌道を指定して uavPlatform を使用し、その後 updateMesh を実行します
5. センサーを取り付け — センサーをプラットフォームにバインドする uavSensor アダプターを使用します
6. シミュレーションを実行 — setup → advance → updateSensors → read のループを実行します
7. 可視化 — アニメーションには FastUpdate を指定して show3D を使用します

主な関数

関数	目的	ツールボックス
uavScenario	シミュレーションシナリオを作成します	UAV Toolbox
addMesh	地形、建物、またはカスタムメッシュを追加します	UAV Toolbox
uavPlatform	シナリオに UAV プラットフォームを追加します	UAV Toolbox
updateMesh	プラットフォームのボディメッシュを設定します	UAV Toolbox
uavSensor	センサーをプラットフォームに取り付けます	UAV Toolbox
setup	シミュレーション用にシナリオを初期化します	UAV Toolbox
advance	シミュレーションを 1 タイムステップ進めます	UAV Toolbox
updateSensors	現在時刻のすべてのセンサーを更新します	UAV Toolbox
show3D	3D ビジュアライゼーション	UAV Toolbox
waypointTrajectory	ウェイポイントから飛行経路を定義します	Navigation Toolbox
gpsSensor	GPS ノイズモデル	Navigation Toolbox
insSensor	INS/IMU ノイズモデル	Navigation Toolbox

パターン

参照位置を指定してシナリオを作成

scene = uavScenario( ...
    "UpdateRate", 10, ...
    "StopTime", 60, ...
    "ReferenceLocation", [42.355 -71.066 0]);

ReferenceLocation は、度とメートルで指定する [lat lon alt] です。すべてのローカル座標はこの原点を基準とします。メッシュやプラットフォームを追加する前に設定してください。

地形を追加（GMTED2010）

UseLatLon=true を指定して地理座標を使用します。

latLim = [42.350 42.360];
lonLim = [-71.072 -71.060];
addMesh(scene, "terrain", {"gmted2010", latLim, lonLim}, [0.3 0.6 0.2], ...
    UseLatLon=true);

または、UseLatLon を指定せずにローカル ENU 座標（メートル）を使用します。

xLim = [-500 500];
yLim = [-500 500];
addMesh(scene, "terrain", {"gmted2010", xLim, yLim}, [0.3 0.6 0.2]);

地形のジオメトリセルは 3 要素です：{"gmted2010", xOrLatLim, yOrLonLim}。

color 引数は必須です。省略できません。

ユーザーが addCustomTerrain を使って地形名を指定し DTED ファイルをインポートしている場合、この地形は gmted2010 と併用できます。

addCustomTerrain("myterrain", "myterrain.dt1");
xLim = [-500 500];
yLim = [-500 500];
addMesh(scene, "terrain", {"myterrain", xLim, yLim}, [0.3 0.6 0.2]);

建物を追加（OSM ファイル）

osmFile = "boston_common.osm";
latLim = [42.350 42.360];
lonLim = [-71.072 -71.060];

addMesh(scene, "buildings", {osmFile, latLim, lonLim, 'auto'}, ...
    [0.6 0.6 0.6], UseLatLon=true);

または、UseLatLon を指定せずにローカル ENU 座標（メートル）を使用します。

xLim = [-500 500];
yLim = [-500 500];
addMesh(scene, "buildings", {osmFile, xLim, yLim, 'auto'}, [0.3 0.6 0.2]);

建物のジオメトリセルは 4 要素です：{osmFile, latOrXLim, lonOrYLim, height}。height には 'auto' または数値スカラーを指定できます。auto を指定すると、地形が利用可能な場合、建物の高さを地形に合わせます。

color 引数は必須です。省略できません。

メッシュ付きプラットフォームを追加

traj = waypointTrajectory( ...
    "Waypoints", [0 0 -50; 200 0 -50; 200 200 -50; 0 0 -50], ...
    "TimeOfArrival", [0 20 40 60], ...
    "ReferenceFrame", "NED");

plat = uavPlatform("UAV1", scene, "Trajectory", traj);
updateMesh(plat, "quadrotor", {1}, [0 0.4 0.8], [0 0 0], [0 1 0 0]);

updateMesh ではすべての引数が必要です：(platform, type, geometries, color, position, orientation)。

• geometries — "quadrotor"／"fixedwing" では 1 要素のセル {scaleFactor}、"cuboid" では {[L W H]} を指定します
• color — RGB の 3 要素ベクトル（必須、省略不可）
• position — [x y z] オフセット。デフォルトには [0 0 0] を使用します
• orientation — クォータニオン [w x y z]。NED シナリオでは、z が下向きのボディフレームを正立させるため、[0 1 0 0]（180 度のロール）を使用します

有効なメッシュタイプは "fixedwing"、"quadrotor"、"cuboid"、"custom" です。

"multirotor" タイプはありません。マルチローター UAV には "quadrotor" を使用してください。

センサーのアタッチ（uavSensor アダプターパターン）

センサーをプラットフォームにバインドする場合は、必ず uavSensor を使用してください。 センサーモデルを手動で入力しないでください。

% Create sensor model
gps = gpsSensor("SampleRate", 10, "ReferenceFrame", "NED");

% Bind to platform via uavSensor adaptor
gpsSensorObj = uavSensor("GPS", plat, gps, "UpdateRate", 10);

INS の場合：

ins = insSensor;
insSensorObj = uavSensor("INS", plat, ins, "UpdateRate", 10);

センサーの UpdateRate は、シナリオの UpdateRate で割り切れる必要があります。たとえば、10 Hz のシナリオでは、センサーのレートは 1、2、5、または 10 Hz がサポートされます。100 Hz はサポートされません。

シミュレーションループ

setup(scene);

while advance(scene)
    updateSensors(scene);

    % Read sensor data (3 outputs: isUpdated, timestamp, readings)
    [isUpdated, t, position, velocity, groundspeed, course] = read(gpsSensorObj);
    if isUpdated
        % position is 1x3 [lat lon alt] for gpsSensor
        gpsLLA = position;
    end

    % Read platform state directly
    [motion, lla] = read(plat);
    % motion: 1x16 vector [pos(3) orient(4) vel(3) acc(3) angvel(3)]
    % lla: [lat lon alt]
end

read(sensor) は可変個数の出力を返します：

• isUpdated — logical。センサーにこの時間ステップの新しいデータがある場合は true です
• t — 秒単位のタイムスタンプ
• sensorReadings1 から sensorReadingsN — センサー固有の出力（gpsSensor の場合は position, velocity, groundspeed, course）

read(plat) は正確に 2 つの出力を返します：

• motion — 16 要素のベクトル：位置（1:3）、姿勢クォータニオン（4:7）、速度（8:10）、加速度（11:13）、角速度（14:16）
• lla — 3 要素のベクトル：[緯度、経度、高度]

show3D による可視化

setup(scene);
ax = show3D(scene);

while advance(scene)
    updateSensors(scene);
    show3D(scene, "FastUpdate", true, "Parent", ax);
    drawnow limitrate
end

効率よくアニメーションを表示するには、最初の呼び出し後に "FastUpdate", true を使用してください。

軌跡トレイル（飛行経路ライン）

show3D は UAV を現在位置にのみ描画し、飛行経路は描画しません。軌跡トレイルを表示するには、ラインオブジェクトを一度作成し、各ステップでそのデータを更新します：

setup(scene);
[ax, plottedFrames] = show3D(scene);
hold(ax, "on");
% Draw trajectory in the platform's reference frame
trajLine = plot3(plottedFrames.(plat.ReferenceFrame), NaN, NaN, NaN, "r-", "LineWidth", 1.5);
hold(ax, "off");

% acceptable for short loops; pre-allocate for long simulations
xHist = []; yHist = []; zHist = [];
while advance(scene)
    show3D(scene, "FastUpdate", true, "Parent", ax);
    [motion, ~] = read(plat);
    xHist(end+1) = motion(1); 
    yHist(end+1) = motion(2);
    zHist(end+1) = motion(3);
    set(trajLine, "XData", xHist, "YData", yHist, "ZData", zHist);
    drawnow limitrate
end

ループ内で plot3 を呼び出さないでください。各ステップで新しいグラフィックスオブジェクトが作成され、パフォーマンスが低下します。

機体座標系マーカー（大規模シーンでの視認性）

シーンが 500m 以上にわたる場合、スケール係数にかかわらずプラットフォームのメッシュは見えなくなります。メッシュを歪ませるスケールの拡大は避け、プラットフォームの機体座標系にマーカーを親として設定してください。そうすることで、どのズームレベルでも追従します：

setup(scene);
[ax, plottedFrames] = show3D(scene);
hold(ax, "on");
bodyFrame = plottedFrames.UAV1.BodyFrame;
plot3(ax, 0, 0, 0, "r^", "MarkerSize", 15, "MarkerFaceColor", "r", ...
    "Parent", bodyFrame);
hold(ax, "off");

while advance(scene)
    show3D(scene, "FastUpdate", true, "Parent", ax);
    drawnow limitrate
end

UAV1 は実際のプラットフォーム名に置き換えてください。親トランスフォームにより、マーカーは UAV と自動的に一緒に移動します。

注意点

間違い	結果	修正方法
UseLatLon=true を指定せずに addMesh(...,latLim,lonLim) を使用する	インポートされる建物が 0 件になり、地形の位置も間違います	地理座標を渡す場合は UseLatLon=true を追加します
updateMesh(plat,"multirotor",...)	エラー — 無効なメッシュタイプです	"quadrotor" を使用します
NED シナリオで [1 0 0 0]（単位クォータニオン）を指定して updateMesh を使用する	メッシュが反転するか、見えなくなります。機体座標系は z 軸が下向きです	メッシュを正立させるには [0 1 0 0]（180 度のロール）を使用します
[pos, orient, vel] = read(plat)	エラー — 出力が多すぎます	[motion, lla] = read(plat)（出力 2 つ）を使用します
[isUpdated, data] = read(sensor)	読み取り値ではなくタイムスタンプが取得されます	[isUpdated, t, sensorReadings] = read(sensor)（出力 3 つ）を使用します
各ステップで gpsSensor に手動でデータを入力する	動作しますが、シナリオフレームワークを迂回します	uavSensor アダプターと updateSensors(scene) を使用します
addMesh の color 引数がない	エラー — 入力引数が足りません	4 番目の引数として RGB トリプレットを必ず指定します
NED プラットフォームで ENU の waypointTrajectory を使用する	エラー — 参照座標系が一致しません	軌跡に "ReferenceFrame","NED" を設定します
ループ前に setup(scene) を呼び出し忘れる	センサーが初期化されず、読み取り値がありません	advance の前に必ず setup(scene) を呼び出します
センサーの UpdateRate がシナリオの UpdateRate より大きい	エラー — レートは割り切れる必要があります	センサーのレートはシナリオのレート以下で、かつシナリオのレートで割り切れる必要があります

規約

• NED 座標系は uavPlatform のデフォルトです。すべての軌跡とセンサーを NED に合わせてください。
• ReferenceLocation はシナリオの作成時に設定する必要があります。構築後は読み取り専用です。
• シナリオの UpdateRate はシミュレーションの時間ステップを制御します。センサーの UpdateRate は異なっていてもかまいません（センサーは処理時刻でないステップをスキップします）。
• OSM ファイルは別途ダウンロードする必要があります（例：Overpass API 経由、または openstreetmap.org からエクスポート）。addMesh("buildings",...) には URL ではなくファイルパスを指定します。
• GMTED2010 の解像度が不十分な場合は、DTED ファイルに対して addCustomTerrain を使用します。

---

Copyright 2026 The MathWorks, Inc.