Doors

【Unity 6 × ML-Agents】AIに二足歩行を学習 Vol.1（物理セットアップ編）

「Unityでキャラクターを動かす」とき、あなたはAnimatorを使いますか？
それともスクリプトで座標を動かしますか？

今回は、そのどちらでもない「第3のアプローチ」を紹介します。
それは、「AIに体（物理モデル）だけを与えて、転びながら歩き方を覚えさせる」という方法です。

この記事は、Unity 6の最新環境を使い、機械学習ライブラリ「ML-Agents」で人間型ロボットを歩かせるチュートリアルの第1回（全3回予定）です。
特に、初心者がつまずき易い「関節の設定」「重さのバランス」について、
「なぜその数値なのか？」を徹底的に解説します。

第1章：開発環境の準備（Unity 6対応）

まずは道具を揃えましょう。機械学習は「環境構築が一番難しい」と言われますが、Unity 6とML-Agentsの組み合わせなら比較的スムーズです。

1-1. 必要なソフトウェアとバージョン

以下の構成で進めます。バージョンが違うと動かないことがあるので注意してください。

  • Unity Editor:Unity 6 (6000.0.x) 以降
    • 推奨：Unity Hubから最新のLTS（Long Term Support）版をインストールしてください。
  • Python:Version 3.10.x
    • Unityでの学習にはPythonが必要です。最新すぎると動かないことがあるため、安定している 3.10 系を推奨します。
    • Python公式サイトからインストール時、「Add Python to PATH」に必ずチェックを入れてください。
  • ML-Agents以降
    • UnityのPackage Managerから導入します。

1-2. Unityプロジェクトの作成

  1. Unity Hub を起動し、「New Project」をクリック。
  2. テンプレートは 「3D (URP)」 を選択します。
    • ※Unity 6ではURP（Universal Render Pipeline）が標準となり、描画負荷が軽いため学習に向いています。
  3. プロジェクト名（例：AI_Walker_Project）を入力して作成。

1-3. ML-Agentsパッケージのインストール

  1. Unity画面上部のメニューから Window > Package Manager を開く。
  2. 左上の「+」ボタン > Add package by name… を選択。
  3. 入力欄に com.unity.ml-agents と入力して「install」をクリック。

第2章：キャラクター（ラグドール）の用意

AIに学習させるための「体」を用意します。

アニメーションで動くモデルではなく、物理演算でグニャグニャ動く「ラグドール（Ragdoll）」である必要があります。

2-1. 3Dモデルの入手

今回は、Adobeが提供する無料の3Dアニメーションサイト Mixamo のモデル（Y Botなど）を使用するのが一般的です。

  1. Mixamoから「Y Bot」などをダウンロード（Formatは FBX for Unity を選択）。
  2. UnityのProjectウィンドウにドラッグ＆ドロップしてインポート。（その時Animationなどのフォルダを作り、その中に入れると整理できる。）
  3. Hierarchy（ヒエラルキー）にモデルを配置します。

2-2. ラグドール化（Ragdoll Wizard）

モデルに骨と肉（Collider）を入れます。

  1. Hierarchyで配置したモデルを選択。
  2. メニューの GameObject > 3D Object > Ragdoll… を選択。
    Advanced Bone Setupを開く
  3. 「Create Ragdoll」ウィンドウが開くので、各パーツをドラッグ＆ドロップで割り当てます。
    【Y Bot】Ragdoll Builder 対応
    ヒエラルキーにある mixamorig:Hips の中身を順番に開いていき、以下のボーンを探してセットしてください。
    Ragdoll Builder の項目名
    Y Bot (Mixamo) のボーン名
    解説・注意点
    Pelvis (骨盤)
    mixamorig:Hips
    体の中心です。
    Left Hips (左太もも)
    mixamorig:LeftUpLeg
    ※ “LeftLeg” ではありません！
    Left Knee (左ひざ/すね)
    mixamorig:LeftLeg
    太ももの下にある骨です。
    Left Foot (左足)
    mixamorig:LeftFoot
    つま先（ToeBase）は使いません。
    Right Hips (右太もも)
    mixamorig:RightUpLeg

    Right Knee (右ひざ/すね)
    mixamorig:RightLeg

    Right Foot (右足)
    mixamorig:RightFoot

    Left Arm (左腕/二の腕)
    mixamorig:LeftArm
    【重要】 LeftShoulder (鎖骨) ではありません！
    Left Elbow (左ひじ)
    mixamorig:LeftForeArm

    Right Arm (右腕/二の腕)
    mixamorig:RightArm
    【重要】 RightShoulder (鎖骨) ではありません！
    Right Elbow (右ひじ)
    mixamorig:RightForeArm

    Middle Spine (背骨)
    mixamorig:Spine1
    胸とお腹の中間です。
    Head (頭)
    mixamorig:Head
  4. Total Mass を 20 くらいにして「Create」ボタンを押します。

これで、モデルに Rigidbody（重さ）と Character Joint（関節）と Collider（当たり判定）が自動でつきました。

1. 床（Plane）を作成する

  1. Unityのメニューから GameObject > 3D Object > Plane を選択します。
  2. シーン上に白い板が現れます。これが地面になります。

2. 位置と大きさを調整する（重要）

床とロボットの位置関係を整理します。

  1. 床（Plane）の設定:
    • Hierarchyで Plane を選択。
    • Inspectorの Transform で、Positionを (0, 0, 0) にリセットします。
    • Scale（大きさ） を (20, 1, 20) くらいに大きくしておきます（後で歩き回るため）。
  2. ロボットの設定:
    • Hierarchyでロボット（Y bot）をWalkerにする。
      Walkerの親オブジェクトを選択。
    • Positionの Y（高さ） を 0.5 〜 1.0 くらいにして、「床から少し浮いた状態」にします。

3. 実行（Play）して確認する

画面上部の 再生ボタン（▶） を押してください。

再生ボタンを押して、キャラクターが「崩れ落ちれば」成功です。

2-3. Character Joint を Configurable Joint に置換する

【選択対象リスト】（全12個）

※ mixamorig:Hips は含めないでください！

■ 体幹・頭（2つ）

  1. mixamorig:Spine1 （背骨・腹）
  2. mixamorig:Head （頭）

■ 左足（3つ） 3. mixamorig:LeftUpLeg （左太もも） 4. mixamorig:LeftLeg （左すね） 5. mixamorig:LeftFoot （左足）

■ 右足（3つ） 6. mixamorig:RightUpLeg （右太もも） 7. mixamorig:RightLeg （右すね） 8. mixamorig:RightFoot （右足）

■ 左腕（2つ） 9. mixamorig:LeftArm （左腕） 10. mixamorig:LeftForeArm （左ひじ下）

■ 右腕（2つ） 11. mixamorig:RightArm （右腕） 12. mixamorig:RightForeArm （右ひじ下）

ML-Agentsでは、標準の Character Joint よりも、より細かい制御ができる Configurable Joint が推奨されています。

  1. Hierarchyで、Hips以外のすべての骨（LeftUpLeg, LeftLeg, Spineなど）を複数選択します。
  2. Inspectorで Character Joint を右クリック > Remove Component。
  3. そのまま Add Component > Configurable Joint を追加。
  4. 重要： 各パーツの Connected Body が外れてしまっているので、手動で「親の骨」をセットし直します。
    • 例：LeftLeg（すね）の Connected Body には LeftUpLeg（太もも）をセット。
    • 設定するパーツ (Jointを持っている)Connected Body に入れる親
    • 親にRigitbodyコンポーネントが無い下記の場合
      mixamorig:Head (頭)　mixamorig:Spine1
      mixamorig:LeftArm (左腕)mixamorig:Spine1
      mixamorig:RightArm (右腕)mixamorig:Spine1
      mixamorig:Spine1 (腹)mixamorig:Hips
    • これを行わないと、体がバラバラに散らばります。

第3章：【最重要】重さ（Mass）の「黄金比」設定

ここからが本番です。 初心者の9割がここで失敗します。

デフォルト設定のままだと、AIロボットは「風船のように空へ飛ぶ」か「生まれたての子鹿のように立てない」かのどちらかになります。

3-1. なぜデフォルト（Mass: 1）ではダメなのか？

Unityの物理エンジン（PhysX）において、軽い物体を強力なモーター（関節）で動かそうとすると、計算が不安定になり、接触した瞬間に彼方へ吹っ飛ぶ現象が起きます。

これを防ぐには、現実に近い「重み」を持たせる必要があります。

3-2. 推奨設定値（これを入力してください）

Hierarchyで各ボーンを選択し、Inspectorの Rigidbody > Mass を以下の数値に書き換えてください。

部位推奨Mass理由（なぜ？）
Hips (腰)15最重要。ここが「重心」です。ここを一番重くしないと、足の動きに振り回されて体が安定しません。
Spine15 〜 8上半身に適度な重みがないと、振り子運動が使えず歩けません。
UpLeg (太もも)2.5足の根元は少し重めに。
Leg (すね)2太ももより少し軽くします。
Foot (足先)1先端は軽くします。重すぎると足を上げるのが大変になります。
Arm (腕)1腕はバランスを取るための「重り」ですが、重すぎると肩が脱臼します。

【チェックポイント】

すべて設定したら再生してみましょう。以前より「ドスン」と重そうに床に落ちるはずです。この「重量感」がリアルな歩行を生みます。

第4章：関節（Joint）の可動域を「人間」にする

次は関節です。ここを適当にすると、膝が逆に曲がるなどおかしな動作となります。

特に「膝（Knee/Shin）」の設定は、以下の数値を厳守してください。

4-1. Configurable Joint の基礎知識

設定項目が多すぎてパニックになりますが、見るべきは以下の3つだけです。

  1. Motion (X, Y, Z):
    • Locked: 全く動かない（固定）。
    • Limited: 決められた角度まで動く。
    • Free: 360度回転する（首が回るホラー映画状態）。
  2. Limit (Angular Limit):
    • Limited を選んだ場合、何度まで曲がっていいか。
  3. Drive (Spring / Damper):
    • 関節の「筋力」。

4-2. 【超重要】膝（Leg / Shin）の完全設定マニュアル

Hierarchyで mixamorig:LeftLeg と mixamorig:RightLeg （すね）を選択し、以下のように設定します。

① Motion（回転の許可）

  • Angular X Motion: Limited （縦の曲げ伸ばしはOK）
  • Angular Y Motion: Locked （重要！膝は横には回転しません）
  • Angular Z Motion: Locked （重要！膝は横には折れません）

なぜ？

YとZを Locked にしないと、体重をかけた瞬間に膝が横にグニャッと折れてしまい、AIはどうやっても立てなくなります。

② Limit（可動範囲の制限）

ここが最大の落とし穴です。

  • Linear Limit (Move): 全部 0（関節は伸び縮みしません）
  • Low Angular X Limit: -120
  • High Angular X Limit: 0

なぜ「0」なのか？

自分の膝を見てください。後ろ（マイナス方向）には曲がりますが、真っ直ぐ（0度）より前には曲がりませんよね？

High Limit を 0 に設定することで、膝が逆に曲がる（逆関節）のを物理的に防ぎます。 これをやらないと、AIは「逆に曲げたほうが安定する」と学習してしまい、フラミンゴ歩きになります。

4-3. 股関節（UpLeg / Thigh）の設定

太ももは比較的自由に動きますが、脱臼を防ぎます。

  • Angular X Motion: Limited（前後の足振り）
  • Angular Y Motion: Limited（ガニ股・内股）
  • Angular Z Motion: Limited（足を開く動作）
  • Angular X Limit: High 30, Low -90 （後ろにはあまり行かないが、前には足が上がる）

第5章：筋力（Drive）の設定

最後に、ロボットに「筋肉」をつけます。

これがないと、設定した関節はすべてプランプランの操り人形状態で、床に崩れ落ちて終わりです。

5-1. Spring（バネ）と Damper（減衰）

Configurable Joint の Angular X Drive を開いて設定します。

  • Position Spring (バネ):
    • 「指定した角度に戻ろうとする力」です。これが筋肉の強さになります。
    • 数値が高い＝マッチョ（姿勢が良いが、カクカクする）。
    • 数値が低い＝脱力（柔らかいが、体を支えられない）。
  • Position Damper (減衰):
    • 「動きの粘り気」です。
    • 水の中で動くような抵抗力を与えます。これがないと、バネの力でビヨンビヨンと永遠に振動し続けます。

5-2. 部位別の推奨設定値

Mass（重さ）に対して、適切なSpring（筋力）を設定しないと動きません。

先ほど設定した重さに基づき、以下の値を入力してください。

設定する部位 (Inspectorで選択)Angular X Drive > Position SpringAngular X Drive > Position Damper
mixamorig:Spine1 (腹)3000 〜 5000100
mixamorig:LeftUpLeg (左もも)2000 〜 300050
mixamorig:RightUpLeg (右もも)2000 〜 300050
mixamorig:LeftLeg (左すね)1500 〜 200050
mixamorig:RightLeg (右すね)1500 〜 200050
mixamorig:LeftFoot (左足)500 〜 100020
mixamorig:RightFoot (右足)500 〜 100020
mixamorig:LeftArm (左腕)50010
mixamorig:RightArm (右腕)50010
mixamorig:Head (頭)50010

部位Spring (筋力)Damper (粘り)解説
Spine１3000 〜 5000100体幹は強く！重い上半身を支えるため、最強の筋力が必要です。
UpLeg (太もも)2000 〜 300050足を持ち上げ、蹴り出すための強い力。
Leg (すね)1500 〜 200050重要。 強すぎると「竹馬」のように膝が棒になります。少し弱めにして、着地の衝撃を吸収させます。
Foot (足首)500 〜 100020地面の傾きに合わせるため、適度に柔らかく。
Arm (腕)50010ブラブラしない程度に弱く。

【トラブルシューティング】

  • 膝が曲がらない（竹馬状態）： LegのSpringを 1000 くらいまで下げてください。
  • 腰が砕ける： Hips/SpineのSpringを 6000 くらいまで上げてください。

第1回のまとめと次回予告

これで「物理的に歩く準備が整った体」が完成しました。

今の状態で再生ボタンを押すと、キャラクターは崩れ落ちることなく、少し耐えてからドスンと倒れる、あるいは膝を少し曲げてバランスを取ろうとするはずです。

次回（Vol.2）は、いよいよAIの「脳」を作ります。

  • 目を作る： 「地面はどこ？」「体は傾いてる？」という情報を取得するスクリプト。
  • 筋肉を動かす： AIからの命令を、今設定したJointのモーターに伝える方法。
  • 報酬を決める： 「前に進んだら褒める」「転んだら罰」というルールの記述。

この物理設定さえ完璧なら、学習は8割成功したも同然です。

今のうちにProjectを保存し、次回の更新をお待ちください！

[使用したアセットリンク]

  • [Mixamo (3Dモデル)]
  • [Unity ML-Agents]
次はVol.2へ

最近の投稿

カテゴリー