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Newton — GPU 物理シミュレーションエンジン

これは何？

Newton は NVIDIA Warp をバックエンドとする GPU ネイティブの物理シミュレーションエンジン。Disney Research・Google DeepMind・NVIDIA が共同で立ち上げ、Linux Foundation 傘下のオープンソース（Apache-2.0）プロジェクトとして運営されている。剛体・関節体・布・ソフトボディ・粒子（MPM）など多様な物理現象を、8 種以上のソルバから目的に合わせて選んでシミュレーションできる。

既存ツールと比べて何が嬉しい？

観点	Newton	MuJoCo	PyBullet	Isaac Gym
GPU 演算	◎ Warp ネイティブ	○ MuJoCo Warp 経由	× CPU のみ	◎
微分可能性	◎ wp.Tape で自動微分	×	×	△
ソルバ選択	◎ 8 種（XPBD, VBD, Featherstone, MPM 等）	1 種	1 種	1 種
布・ソフトボディ	◎ 専用ソルバ複数	△	△	△
OpenUSD 対応	◎	△	×	△
拡張性	◎ Warp カーネルで自由に追加	△	△	△
ガバナンス	Linux Foundation	DeepMind 単独	コミュニティ	NVIDIA 独自

要約すると：

• MuJoCo はロボ分野で最も成熟しているが、GPU ネイティブではなく微分不可。Newton は MuJoCo Warp をソルバの一つとして内蔵しつつ、それ以上のことができる。
• PyBullet は CPU 専用で大規模並列に不向き。
• Isaac Gym は GPU 高速だがプロプライエタリでソルバが固定。Newton はオープンかつソルバ選択の自由度が高い。

最大の差別化ポイントは「問題に応じてソルバを選べる GPU ネイティブ＋微分可能な統合フレームワーク」であること。

使うときの流れ

① インストール → ② モデル構築 → ③ ソルバ選択 → ④ シミュレーションループ → ⑤ 可視化/解析

① インストール

pip install "newton[examples]"

② ModelBuilder でシーンを組み立てる

import newton

builder = newton.ModelBuilder()

# リンク（剛体）を追加し、形状を与える
link_0 = builder.add_link()
builder.add_shape_box(link_0, hx=1.0, hy=0.1, hz=0.1)

# ジョイントで接続→アーティキュレーション化
j0 = builder.add_joint_revolute(parent=-1, child=link_0, axis=(0, 0, 1))
builder.add_articulation([j0], label="arm")

# 地面を追加
builder.add_ground_plane()

# モデル確定
model = builder.finalize()

URDF / MJCF / USD ファイルからのインポートにも対応。

③ 目的に合ったソルバを選ぶ

solver = newton.solvers.SolverXPBD(model)      # 剛体＋接触向け
# solver = newton.solvers.SolverFeatherstone(model)  # 関節ロボット向け
# solver = newton.solvers.SolverVBD(model)           # 布・ソフトボディ向け
# solver = newton.solvers.SolverMuJoCo(model)        # MuJoCo 互換

④ シミュレーションループを回す

state_0, state_1 = model.state(), model.state()
control  = model.control()
contacts = model.contacts()

newton.eval_fk(model, model.joint_q, model.joint_qd, state_0)

for _ in range(num_steps):
    state_0.clear_forces()
    model.collide(state_0, contacts)
    solver.step(state_0, state_1, control, contacts, dt)
    state_0, state_1 = state_1, state_0   # ダブルバッファ

微分可能シミュレーションにしたい場合は、このループを wp.Tape() で囲んで .backward() を呼ぶだけ。

⑤ 可視化・解析

python -m newton.examples basic_pendulum   # ビューア付きで実行

newton.viewer による OpenGL リアルタイム描画や、OpenUSD へのエクスポートで外部ツール連携も可能。

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一言でまとめると： Newton は「GPU 高速・微分可能・マルチソルバ」という三拍子を揃えたオープンな物理エンジンで、大規模ロボットシミュレーションや学習ベース制御の研究基盤として設計されている。

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