【Unity】Space Graphics Toolkit で太陽系の惑星の動きを再現しよう

Unity の Space Graphics Toolkit で、太陽系の惑星の動きを再現してみました。

Space Graphics Toolkit で太陽系の惑星の動きを再現しよう

YouTube

完成動画になります。

Asset Store

Space Graphics Toolkit

Solar System Pack のインポート

Space Graphics Toolkit のドキュメントから、無料の Solar System Pack をダウンロードして、プロジェクトにインポートします。

Space Graphics Toolkit - Documentation - 4.2.14

carloswilkes.com

Horizons System

Horizons System から、太陽系の各惑星のデータを取得します。

Horizons System

ssd.jpl.nasa.gov

Horizons System の App タブを開きます。
取得したい対象のデータを指定して、「Generate Ephemeris」ボタンを押すと、惑星の質量、座標、速度などが取得できます。
今回は、太陽系の座標ということで、太陽と地球の距離を基準とするAU単位で扱います。
Horizons System でデータを取得するときに、「5 Table Settings」で custom を選択し、Output units で au and days を選択しましょう。

SolarSystem の実装

ヒエラルキーに SolarSystemオブジェクトを追加します。
下記のスクリプトを作成して、SolarSystemオブジェクトに追加します。

using System;
using UnityEngine;

/// <summary>
/// 太陽系の惑星の動きをシミュレートする.
/// </summary>
public class SolarSystem : MonoBehaviour {
    [SerializeField]
    private Planet[] planets;
    private const double G = 2.959122e-4; // AU^3 / (M☉·day²).
    private float scaleTime = 0.1f; // 時間経過のスケール.
    private float scaleRadius = 1.0f; // 惑星の半径のスケール.

    private void FixedUpdate() {
        for (int i = 0; i < planets.Length; i++) {
            if (i == 0) {
                // 太陽.
                if (planets[i].model != null) {
                    // 太陽は大きいので20倍で固定にしておく.
                    float scaleRadiusSun = 20f;
                    planets[i].model.transform.localScale = Vector3.one * (planets[i].radius * scaleRadiusSun);
                }
                continue;
            }
            Vector3 acc = Vector3.zero;
            for (int j = 0; j < planets.Length; j++) {
                if (i != j) {
                    Vector3 direction = planets[j].position - planets[i].position;
                    float distanceSquared = direction.sqrMagnitude;
                    float distance = Mathf.Sqrt(distanceSquared);
                    if (distance > 0) {
                        // 万有引力の法則.
                        acc += direction * (float)(G * planets[j].mass) / (distance * distance * distance);
                    }
                }
            }
            planets[i].velocity += acc * Time.fixedDeltaTime * scaleTime;
            planets[i].position += planets[i].velocity * Time.fixedDeltaTime * scaleTime;
            if (planets[i].model != null) {
                planets[i].model.transform.position = planets[i].position;
                planets[i].model.transform.localScale = Vector3.one * (planets[i].radius * scaleRadius);
            }
        }
    }

    [Serializable]
    public class Planet {
        public float mass; // 太陽の質量を1とする.
        public Vector3 position; // au and days.
        public Vector3 velocity; // au and days.
        public GameObject model; // 3D model of the planet.
        public float radius; // AU単位.
    }
}

まとめ

Unity の Space Graphics Toolkit を使用して、太陽系の惑星の動きを再現してみました。
太陽系を扱う場合は、太陽と地球の平均距離を1とするAU単位を使うと便利ということが分かりました。
太陽系だけを見ても、宇宙は何もない空間が多いのだなと感じました。
宇宙がどうやってできているのかを、これからも勉強していきたいと思います。