fix(crane_physics): FLYINGボールの着地時間計算でpos_zを考慮するよう修正

[HansRobo]

概要

crane_physics の BallPhysicsModel において、FLYING（チップキック飛行中）状態のボールの着地時間計算が現在高度 pos_z を無視していた不具合を修正します。

問題

ball_physics_model.cpp の getStopTime / getMaxDistance の FLYING 分岐では、着地時間を

landing_time = max(0, -2 * vel_z / gravity)

で算出していました。この式は地面（z=0）から打ち上げたボールの滞空時間を表すものであり、現在のボール高度 pos_z を完全に無視しています。

そのため、高所からの落下中（vel_z <= 0）では landing_time が 0 にクランプされ、飛行中の水平移動が一切加算されません。結果として停止時間・最大到達距離（着地位置）の推定が過小評価されていました。

一方で同クラスの predictPosition / predictVelocity は正しく pos_z を考慮した放物運動の根を解いており、関数間で挙動が不整合な状態でした。

原因

地面（z=0）からの打ち上げ滞空時間の式を流用し、getMaxDistance では引数 pos_z を [[maybe_unused]] として無視、getStopTime ではそもそも pos_z を受け取っていませんでした。

修正内容

• predictPosition / predictVelocity と同一のロジックで着地時間を解く private ヘルパー getFlyingLandingTime(pos_z, vel_z) を新設しました。
  • z(t) = pos_z + vel_z * t + 0.5 * gravity * t^2 = 0（gravity は負値）の大きい方の根（下降して地面に達する時刻）を返します（当初は正の最小根。下記「追加修正」で変更）。
  • 判別式が負、または正の根が存在しない場合は 0 を返すフォールバックを備えます。
• getStopTime のシグネチャに pos_z を追加し、FLYING 分岐で当該ヘルパーを使用するよう変更しました。
• getMaxDistance の引数 pos_z の [[maybe_unused]] を外し、FLYING 分岐で当該ヘルパーを使用するよう変更しました。
• 呼び出し側 ball_info.cpp の Ball::getStopTime() を新シグネチャ（pos_z 受け渡し）に追従させました。

これにより、飛行中の高度を考慮した着地時間・着地位置が算出され、predictPosition / predictVelocity との整合性が取れます。

検証

• cwm の独立オーバーレイ worktree 上で、colcon build（--no-rdeps）による crane_physics のコンパイルが成功することを確認しました（Build complete.、エラーなし。既存テストコードの警告のみ）。
• 当該パッケージのユニットテストを実行し、全件パスを確認しました。
  • colcon test --packages-select crane_physics: 1 package finished
  • colcon test-result --verbose: 118 tests, 0 errors, 0 failures, 0 skipped（gtest 10 件含む）

レビュー観点

• チップキック飛行中（FLYING、vel_z <= 0 を含む高所落下中）における停止時間・最大到達距離（着地位置）推定の妥当性。
• getFlyingLandingTime の根の選択（大きい方の根）とフォールバック（判別式負・非正根）の妥当性、および predictPosition / predictVelocity との一貫性。
• getStopTime のシグネチャ変更に伴う呼び出し側の追従漏れがないこと。

本PRはソースコード監査ワークフローで検出・敵対的検証されたバグに対する単一修正です。

追加修正（レビュー反映）

• 着地時刻は大きい方の根にした（245a9a53e）: gravity < 0 で z(t) は上に凸なので、z(t)=0 の大きい方の根が下降して地面に達する時刻です。当初の「正の最小根」は pos_z < 0 かつ vel_z > 0（トラッカーの z が僅かに負のまま打ち上がった直後など）で上昇中の地面通過を着地としていました。pos_z >= 0 では最小根と同じ値になります。
• 着地時刻の計算を 1 か所にまとめた（245a9a53e）: predictPosition / predictVelocity が持っていた同じ解の公式のコピーを getFlyingLandingTime の呼び出しに置き換えました。これで予測位置・速度が空中から転がりへ切り替わる時刻と、getStopTime / getMaxDistance の着地時刻が一致します。
• 単位と基準をコメントに明記した: pos_z は接地面を 0 とする高さ [m]（上向き正。checkStateTransition も z <= 0 を着地とみなします）、gravity は負値 [m/s²] です（Config の既定値と erforce_ball_physics.yaml / kicker_physics.yaml / calibrated_ball_physics.yaml はすべて -9.81）。
• Ball::ParabolicPhysics の根の選び方も揃えた（1df8195e8）: getGroundIntersection / getGroundPoint も正の最小根を選んでいました。getTimeToReachDistance などは BallPhysicsModel の停止時刻と getGroundIntersection の着地時刻を併用するため、同じく大きい方の根に揃えました。
• テストを追加した（test_ball_model.cpp）: 高所から下降中・地面から上昇中・負の高度から上昇中・判別式が負の 4 ケースの着地時刻と、予測位置・速度が停止時刻・最大到達距離と整合することを固定しました。getGroundIntersection / getGroundPoint の負の高度から上昇するケースも固定しています。
  • 旧式（pos_z を無視する -2 vel_z / gravity）に戻すと 3 件（下降中・負の高度から上昇中・判別式負）が落ちます。地面から上昇中のケースは旧式と同じ値なので落ちません。
  • 最小根に戻すと、負の高度から上昇中のケースが落ちます（BallPhysicsModel と ParabolicPhysics のそれぞれ）。

未対応の関連事項（本 PR の範囲外）

getGroundIntersection には、BallPhysicsModel と食い違う挙動がまだ 3 つあります。どれも既存テスト（GetGroundPointAlreadyOnGround / GetGroundPointNoGroundImpact）で固定された挙動なので、この PR では変えていません。

• |z0| < 1e-6 なら上昇中でも着地時刻 0 を返す。BallPhysicsModel は 2 vel_z / |g| を返す。
• 判別式が負のとき最高点の時刻を返す。BallPhysicsModel は 0 を返す。
• 重力が -9.81 固定で、config_.gravity を見ない。

これにより、FLYING の getTimeToReachDistance では z≈0 で上昇中のとき、飛行区間の上限（getGroundIntersection 由来）と探索上限の t_max（getStopTime 由来）がずれます。

検証（追加分）

各コミットで verify（colcon build・全パッケージの colcon test・差分ファイルへの pre-commit）を実行し、origin/develop に対する失敗集合の差分は空でした。

[HansRobo]

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