Pythonと物理エンジンPyBulletで構築する、船舶衝突の物理シミュレーター
このプロジェクトは、「海上で一定速度で進む船が、緩衝材（ダンパー）を備え付けた壁に衝突した際の衝撃」をシミュレートするためのアプリケーションです。
単なる剛体の衝突計算だけでなく、船が海に浮いている状態（浮力・水の抵抗）や、船自身の推力、そして衝突面の衝撃吸収材（レクタングラーダンパー）の物理的特性（ばね・減衰）を考慮した、より現実に近いシミュレーションを目指しています。
開発の過程や詳細な解説は、こちらのブログ記事でも紹介しています。 [https://samurai-human-go.com/python-pybullet-physics-simulation-story/]
- 物理ベースの衝突計算: 物理エンジンPyBulletによるリアルな剛体ダイナミクス。
- 海洋環境の再現: 浮力、水の抵抗、船の推力を考慮し、一定速度を維持する挙動をシミュレート。
- 衝撃吸収機構のモデル化:
contactStiffnessとcontactDampingパラメータを用いたスプリング・ダンパー機構の再現。 - リアルタイム可視化: PySide6によるGUIで、シミュレーションの様子をリアルタイムに確認可能。
- エネルギー損失の算出: 衝突によって失われた運動エネルギーを計算し、コンソールとGUIに表示。
- シミュレーション: PyBullet
- GUI: PySide6 (Qt for Python)
- 数値計算: NumPy
- パッケージ管理: Rye
このプロジェクトはRyeによるパッケージ管理を前提としています。
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リポジトリをクローン:
git clone https://github.com/git-756/ship_collision_simulator.git cd ship_collision_simulator -
依存関係をインストール:
rye sync
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シミュレーションを実行:
rye run python -m src.ship_collision_simulator.main
実行後、ウィンドウが表示されるので、「シミュレーション開始」ボタンをクリックしてください。
シミュレーションの挙動は src/ship_collision_simulator/simulation.py 内のパラメータを変更することで調整できます。
特に、レクタングラーダンパーの性能をシミュレートしている以下の値を変更することで、衝撃吸収の効果がどのように変わるかを実験できます。
# p.changeDynamics(self.boat_id, -1, ...) の中のパラメータ
contactStiffness=20000, # ダンパーの硬さ（ばね定数）。大きいほど硬くなる。
contactDamping=1000 # ダンパーの粘り気（減衰係数）。大きいほど衝撃を吸収し、反発が収まる。- ダンパーのパラメータをGUIから動的に変更できる機能
- 衝突時の最大加速度のグラフ表示
- 船や壁の形状をより複雑なモデルに変更する
- 波の影響を追加する
このプロジェクトは MIT License のもとで公開されています。ライセンスの全文については、LICENSE ファイルをご覧ください。
また、このプロジェクトはサードパーティ製のライブラリを利用しています。これらのライブラリのライセンス情報については、NOTICE.md ファイルに記載しています。