はじめに (対象読者・この記事でわかること)

この記事は、ArduinoやArduino IDEの経験が浅い初心者、そしてUnityで簡単なインタラクティブデモを作りたいクリエイターを対象としています。
本記事を読むことで、以下のことができるようになります。

  • 磁石の磁界を検知できるHallセンサーをArduinoに接続し、磁石が近づいたことを検知できるようになる
  • ArduinoとPC（Unity）がシリアル通信でデータをやり取りする方法を理解できる
  • Unity側で受信したデータを元に、シーン内のCubeオブジェクトを回転・移動させるスクリプトを書くことができる

背景として、IoTデバイスとゲームエンジンを組み合わせた「ハードウェアとソフトウェアのインタラクション」の学習が近年注目されています。磁石というシンプルな入力デバイスで実装できるため、プロトタイプ作成のハードルが低く、教育用途にも最適です。

前提知識

この記事を読み進める上で、以下の知識があるとスムーズです。

  • Arduinoの基本的なプログラミング（スケッチの書き方、シリアルモニタの使い方）
  • Unityの基本操作とC#スクリプトの作成方法
  • シリアル通信の概念（データの送受信、ボーレートの設定）

概要・背景

磁界検知がなぜ有用か

磁石は非接触で入力できる点が大きな魅力です。ゲームコントローラーやインタラクティブ展示物など、手を近づけるだけで反応させたいシーンで有効です。Arduinoは安価で入手しやすく、Hallセンサー（A3144 など）と組み合わせると、磁界の有無をデジタル信号として簡単に取得できます。

使用するハードウェアとソフトウェア

ハードウェア 用途
Arduino UNO センサー情報の取得とPCへのシリアル送信
Hall Effect センサー（A3144） 磁界が検出されたら HIGH、検出されないと LOW を出力
10kΩ プルダウン抵抗 センサー出力を安定させる
USB ケーブル Arduino と PC を接続
PC (Windows/macOS) Unity エディタ実行環境
Unity 2022 以降 3D キューブを制御するゲームエンジン

Arduino IDE はスケッチを書き込むだけでなく、シリアルモニタでデバッグ情報をリアルタイムに確認できるため、開発の初期段階で非常に便利です。

具体的な手順や実装方法

ステップ1　ハードウェアの接続

  1. Hall センサーのピン配置
    * VCC → Arduino の 5V
    * GND → Arduino の GND
    * OUT → デジタルピン 2（プルダウン抵抗 10kΩ を GND と並列に接続）

  2. 配線例

Arduino Hall Sensor ------- ------------ 5V --------> VCC GND --------> GND D2 --------> OUT (10kΩ プルダウンで GND に接続)

  1. 動作確認
    Arduino IDE のシリアルモニタを 9600bps で開き、磁石をセンサーに近づけると「1」、離すと「0」が出力されるか確認します。

ステップ2　Arduino スケッチ作成

Cpp

// ArduinoMagnet.ino
const int hallPin = 2;       // Hall センサー接続ピン
const long baudRate = 9600;  // シリアル通信速度

void setup() {
  pinMode(hallPin, INPUT);
  Serial.begin(baudRate);
}

void loop() {
  int sensorValue = digitalRead(hallPin);
  // 0 または 1 を文字列として送信
  Serial.println(sensorValue);
  delay(100); // 100ms のポーリング間隔
}

ポイント：

  • digitalRead で HIGH/LOW を取得し、文字列として Serial.println で送信。
  • 送信間隔は 100ms（10Hz）に設定。リアルタイム性が求められない小規模デモに適しています。

ステップ3　Unity 側のセットアップ

  1. 新規プロジェクト作成
    Unity Hub で 3D テンプレートのプロジェクトを作成し、シーンに Cube オブジェクトを配置。

  2. シリアル通信スクリプト作成
    Assets/Scripts/MagnetController.cs に以下を保存。

Csharp

using System.IO.Ports;
using UnityEngine;

public class MagnetController : MonoBehaviour
{
    public string portName = "COM3"; // Windows の例。macOS は "/dev/tty.usbmodemXXXX"
    public int baudRate = 9600;
    private SerialPort sp;
    private float rotationSpeed = 90f; // 1 秒あたり 90 度

    void Start()
    {
        sp = new SerialPort(portName, baudRate);
        sp.ReadTimeout = 50;
        try
        {
            sp.Open();
        }
        catch (System.Exception e)
        {
            Debug.LogError("シリアルポートを開けません: " + e.Message);
        }
    }

    void Update()
    {
        if (sp != null && sp.IsOpen)
        {
            try
            {
                string line = sp.ReadLine().Trim();
                if (line == "1")
                {
                    // 磁石が検出されたら回転
                    transform.Rotate(Vector3.up, rotationSpeed * Time.deltaTime);
                }
            }
            catch (System.TimeoutException) { }
        }
    }

    void OnApplicationQuit()
    {
        if (sp != null && sp.IsOpen)
            sp.Close();
    }
}

ポイント：

  • portName は OS に合わせて変更してください。
  • ReadLine は改行コードで区切られた文字列を取得します。Arduino 側の println が改行を付与するので対応できます。
  • 磁石が検出された ("1") 時だけオブジェクトを回転させます。
  1. スクリプトのアタッチ
    Cube オブジェクトに MagnetController スクリプトをドラッグ＆ドロップし、portName を実際のポートに合わせて設定。

ステップ4　シリアル通信テスト

  • Unity エディタで Play ボタンを押す。
  • 磁石を Hall センサーに近づけると、Cube が回転し始めます。離すと停止します。
  • Unity のコンソールにエラーメッセージが出た場合は、ポート名やボーレートが一致しているか確認してください。

ステップ5　キューブの動作カスタマイズ

  • 回転速度 を rotationSpeed の値で調整（例: 180 にすれば 1 秒で 180 度）。
  • 移動 に変更したい場合は transform.Translate を使用し、磁石検出時に座標を変えるロジックに置き換えるだけです。
  • 複数センサー を使うと、方向や強度に応じて異なる動きを実装可能です（例: X 軸センサーで上下、Y 軸で左右）。

ハマった点やエラー解決

発生した問題 原因 解決策
Unity がシリアルポートを開けない ポート名が間違っている、または別アプリが占有中 正しいポートを確認し、Arduino IDE のシリアルモニタを閉じる
受信した文字列が空になる Arduino の Serial.println が実行されていない 100ms の delay が短すぎると PC 側の読み取りが追いつかない場合があるので、delay を 200ms に延長
キューブが回転し続ける ReadLine がタイムアウトせずに前回の "1" を保持 line が "1" のときだけ回転し、"0" のときは回転しないロジックを追加（例: else if (line == "0") isRotating = false;）

まとめ

本記事では、磁石を近づけたときに Unity の Cube を動かす一連のフローを解説しました。

  • ハードウェア構成：Arduino UNO + Hall センサー + プルダウン抵抗で磁界をデジタル化
  • Arduino 側：センサーデータをシリアルポートに 9600bps で送信するスケッチ
  • Unity 側：シリアルポートからデータを受信し、Cube の回転（または移動）を制御する C# スクリプト

この実装により、磁石というシンプルな入力デバイスでリアルタイムに3Dオブジェクトを制御できる という体感的な学習が可能です。今後は、磁界の強度に応じた速度変化や、複数のセンサーで 3 軸制御を行うといった発展的なテーマにも挑戦できるでしょう。

参考資料