Playing with a soccer ball is not easy even for a real human because of dynamic foot contacts with the moving ball while chasing and controlling it. The problem of online full-body soccer motion synthesis is challenging and has not been fully solved yet. In this paper, we present a novel motion control system that produces physically-correct full-body soccer motions: dribbling forward, dribbling to the side, and shooting, in response to an online user motion prescription specified by a motion type, a running speed, and a turning angle. This system performs two tightly-coupled tasks: data-driven motion prediction and physics-based motion synthesis. Given example motion data, the former synthesizes a reference motion in accordance with an online user input and further refines the motion to make the character kick the ball at a right time and place. Provided with the reference motion, the latter then adopts a Model Predictive Control (MPC) framework to generate a physically-correct soccer motion, by solving an optimal control problem that is formulated based on dynamics for a full-body character and the moving ball together with their interactions. Our demonstration shows the effectiveness of the proposed system that synthesizes convincing full-body soccer motions in various scenarios such as adjusting the desired running speed of the character, changing the velocity and the mass of the ball, and maintaining balance against external forces.
축구 동작은 공을 추적하고 제어하는 역동적인 동작이 수반되기 때문에 실제 사람에게도 쉽지 않다. 전신 캐릭터의 축구 동작을 온라인으로 합성하는 문제는 매우 도전적이며 아직까지 완전한 해결책이 제시된바 없다. 본 논문에서는 사용자의 다양한 입력 (동작 유형, 달리기 속력, 방향 전환 각도 등) 에 대해 대응하는 세 가지 축구 동작 (앞으로 드리블, 측면으로 드리블, 그리고 슈팅) 을 전신 캐릭터가 물리적으로 타당하게 수행할 수 있도록 이를 제어하는 시스템을 제안한다. 본 시스템은 밀접하게 상호 작용하는 데이터기반 동작 예측과 물리기반 동작 생성, 위 두 가지 구현부로 구성되어 있다. 우선 첫 번째 구현부는 주어진 데이터와 사용자 입력에 기반하여 참조 동작 데이터를 합성하며, 이 동작 데이터가 축구공을 올바른 시간과 위치에서 찰 수 있도록 약간의 수정을 가한다. 두 번째 구현부는 준비된 참조 동작 데이터와 모델 예측 제어기를 활용해 전신 캐릭터와 축구공 사이의 접촉을 다루는 동역학 식의 해를 구해 물리적으로 타당한 축구 동작을 생성한다. 본 연구의 결과물에서는 달리 동작 속력, 공의 질량과 목표 속도, 그리고 전신 캐릭터에 가해지는 외력을 조정하는 등의 다양한 실험을 통해 제안된 시스템을 검증한다.
