Autor: 148371 Wrocław, 22.06.2009 "Współdziałanie programów/agentów sterujących działaniem postaci w programach gier komputerowych" Przedmiot: Informatyka Systemów Autonomicznych Prowadzący: dr inż. Marek Piasecki
Współczesne gry komputerowe są często bardzo rozbudowanymi projektami, przy których pracuje kilkuset scenarzystów, programistów, projektantów, grafików, dźwiękowców i nierzadko specjalistów od sztucznej inteligencji. Przykładowo: nad GTAIV (we wszystkich fazach rozwoju projektu) pracowało około 1000 osób. Do niedawna istotnym wyznacznikiem rozwoju gier w ogóle była strona techniczna (audiowizualna), stopniowo jednak tempo rozwoju w tej dziedzinie maleje, po części ze względu na ograniczenia techniczne różnice wydajnościowe (i technologiczne) pomiędzy kolejnymi generacjami np. kart graficznych nie są tak duże, jak jeszcze kilka lat temu. Przykładowo: jeszcze około roku 2004 kolejne generacje kart graficznych pojawiały się co około rok i ich pojawienie się oznaczało, że poprzednia generacja nadaje się do wymiany przykładem niech będą procesory graficzne z serii Nvidia GeForce 6 (GeForce 5 generacji), które w niedługim czasie po pojawieniu się na rynku GeForce 7 prawie natychmiast przestały wystarczać do grania w najnowsze gry w zadowalających rozdzielczościach i poziomach szczegółowości. Dzisiaj rozwój nie jest już tak dynamiczny. Najtańsza karta graficzna z serii 8800, kupiona w listopadzie 2006 roku, nawet dzisiaj z powodzeniem wystarcza do grania praktycznie we wszystkie nowe gry w rozdzielczości Full HD i w przyzwoitych ustawieniach szczegółowości. Podobnie jest z procesorami pomimo, że na rynku dostępnych jest wiele modeli czterordzeniowych i taktowanych wysokimi zegarami, jeśli chodzi o gry, z powodzeniem wystarcza dwurdzeniowy procesor o taktowaniu poniżej 3GHz. Innym powodem, dla którego oprawa audiowizualna, choć wciąż ważna dla sukcesu komercyjnego gry komputerowej, przestaje być najszybciej rozwijającą się dziedziną jest prosty fakt, że gry komputerowe już dziś wyglądają bardzo dobrze, często niemal fotorealistycznie. Tak więc ograniczeniem tempa rozwoju jest brak potrzeby tego rozwoju. Cóż więc mają robić twórcy gier, żeby zaskoczyć, zachwycić potencjalnego klienta i skłonić go do wydania pieniędzy na ten, a nie inny produkt? Na przykład przygotowując scenariusz pełen zaskakujących zwrotów akcji i zapadających w pamięć momentów. Jednak w dobie gier casual, czyli dla niedzielnych graczy, którzy grę włączają na godzinę-dwie tygodniowo mało kto doceni ukryte smaczki czy odwołania do kultury wyższej (obrazów, utworów muzycznych ). To pozostawia pole do popisu dla specjalistów od sztucznej inteligencji. Jeśli sterowane przez komputer postaci (tak wrogów, jak i sprzymierzeńców w grze) są w stanie zachowywać się w sposób logiczny i dynamicznie reagować na poczynania gracza, to każda rozgrywka będzie zaskakująca i ciekawa, co przyciągnie graczy i w konsekwencji może (o ile oczywiście inne elementy nie zawiodą) doprowadzić do sukcesu komercyjnego produkcji. Jakie więc zadania stają przed sztuczną inteligencją w grach komputerowych? 1. Urealnianie świata gry. Spotykane głównie w grach crpg (Computer Role Playing Game). Sztuczna inteligencja ma za zadanie sterować działaniami postaci, na które natknie się gracz. Jeśli np. w quasi-średniowiecznym królestwie, w którym 2
toczy się gra, postacie niezależne (tzw. NPC Non-player characters, sterowane przez komputer) mają cykl dnia, wstają, pracują, bawią się, chodzą spać, rozmawiają między sobą o poczynaniach gracza, to stwarza to bardzo pozytywne wrażenie i umożliwia lepsze wczucie się gracza w kierowaną postać, co jest głównym założeniem gry RPG. Jeśli na przykład gracz zamorduje lub okradnie jakąś postać niezależną i nie będzie przy tym dyskretny, to powinien być ścigany przez straże (tudzież policję) i ukarany, a także inne postacie niezależne powinny przestać darzyć bohatera sterowanego przez gracza szacunkiem i zaufaniem. Rozwiązanie takie niewątpliwie przysłużyło się ogromnej popularności gry The Elder Scrolls IV: Oblivion, która, pomimo upływu 4 lat od premiery, wciąż może stanowić przykład realizacji wirtualnego świata, w który łatwo uwierzyć dzięki sterowanym przez komputer mieszkańcom. 2. Stworzenie wyzwania dla gracza. Za przykład niech posłużą gry, których tematyką są wyścigi samochodowe. Nie jest trudne (ani pożądane) aby agenci kierujący samochodami konkurującymi z samochodem sterowanym przez gracza jeździli bezbłędnie, bo byłoby to dla gracza frustrujące. Wyzwaniem jest stworzenie AI, które będzie symulować zachowania rzeczywistych kierowców jeśli gracz zrobi coś niespodziewanego, np. zatrzyma się na środku drogi, to AI powinna być w stanie na to zareagować, np. omijając go. Bardzo ciekawe i zwiększające grywalność rozwiązanie zastosowano w dość starej grze Total Immersion Racing każdy kierowca sterowany przez komputer miał własny charakter i pamięć, dzięki czemu potrafił się zemścić, jeśli gracz zachował się wobec niego nieuczciwie. W tej kategorii mieszczą się również przeciwnicy we wszelkiego rodzaju strzelankach, gdzie przeciwnicy dynamicznie reagujący na działania gracza, wykorzystujący elementy wirtualnego otoczenia (np. potrafiący przewrócić stół, by schować się za nim przed ostrzałem) stanowią istotny czynnik sukcesu produkcji 3. Komentowanie wydarzeń w świecie gry, np. w grach sportowych. Za przykład niech posłuży seria FIFA algorytmy muszą dobierać frazy, nagrane uprzednio przez zawodowych komentatorów sportowych, do sytuacji na wirtualnym boisku. Jest to tym trudniejsze, że możliwych wariantów sytuacji jest bardzo wiele, i tym istotniejsze, że seria dąży do jak najwierniejszego odtworzenia relacji telewizyjnych z meczy, co ciężko sobie wyobrazić bez profesjonalnego komentarza. 3
Jeśli więc w procesie powstawania gry zespół zdecyduje się na implementację bardziej złożonych algorytmów sztucznej inteligencji w miejsce tradycyjnych, prostych skryptów, to jak należy to rozwiązać? Rozważmy to na przykładzie gry crpg. Idealnym rozwiązaniem byłoby stworzenie oddzielnego, wirtualnego bytu dla każdej postaci, z których każda miałaby indywidualnie określone potrzeby oraz sposoby ich spełniania (np. kiedy wzrasta poziom zmiennej głód, postać idzie do tawerny lub np. wyrusza na połów ryb, w zależności od pogody czy aktualnego stanu portfela), zmysły, służące obserwacji wirtualnego otoczenia, a także zasób wiedzy, który mógłby się zmieniać poprzez rozmowy z innymi postaciami, czytanie wiadomości, obserwację Złożoność obliczeniowa takiego rozwiązania, a także potencjalna liczba błędów i problemy z ich odnajdowaniem (w końcu za każdym uruchomieniem gry wszystko przebiegałoby zupełnie inaczej, świat jest w pełni dynamiczny!), zwłaszcza jeśli w grze znajdzie się kilkaset takich postaci, jest ogromna. Tak więc i tu znajduje zastosowanie zasada, że wszystkie rozwiązania idealne mają wspólną cechę nie da się ich zrealizować. Oczywiście, opisanie wszystkiego prostymi algorytmami, ustalenie sztywnych ścieżek każdej postaci również nie jest słuszne, bo trudno byłoby przy ich użyciu stworzyć świat realistyczny, w który gracz chciałby uwierzyć i którego ratowaniu chciałby poświęcić pieniądze i czas. Najlepsze rozwiązanie jak zwykle leży gdzieś pośrodku. Gracz nie jest w stanie widzieć wszystkiego naraz, można więc stosować dynamiczne algorytmy SI tylko dla postaci znajdujących się bezpośrednio w pobliżu postaci gracza. Kiedy gracz się przemieszcza, odpowiedni agenci budzą się do życia, a inni się dezaktywują. Innym rozwiązaniem mogłoby być wprowadzenie prostych algorytmów, które sterowałyby postaciami zgodnie z ustalonymi regułami (chodź, pracuj, jedz, śpij ), oraz inteligencji świata, która modyfikowałaby te reguły na podstawie poczynań gracza. Przykładowo: gracz spalił tawernę, gdzie często przebywała postać sterowana przez agenta, więc inteligencja świata zmieni miejsce przebywania tej postaci. Ciekawą implementacją powyższego pomysłu jest wydana niedawno gra Left 4 Dead, traktująca o grupie ocalałych walczących z potworami. Rozgrywka polega na tym, że 4 graczy, używając różnej broni i współpracując przeciwko sterowanym przez komputer potworom, próbuje przebić się do bezpiecznego miejsca. Każdy potwór sterowany jest bardzo prostymi algorytmami, po prostu kieruje się na najbliższego gracza i atakuje, istnieje jednak nadrzędny mechanizm, analizujący poczynania graczy i modyfikujący rozgrywkę, aby zapewnić graczom możliwie emocjonujące sytuacje. Przykładowo: jeśli jeden z graczy zbytnio oddali się od pozostałych, to zostanie w jego stronę wysłana dodatkowa grupa potworów, co skłoni go do powrotu do grupy graczy i prawdopodobnie zainicjuje desperacką obronę. 4
Tak więc, chociaż teoretycznie postaci sterowane przez komputer powinny by od siebie niezależne i porozumiewać się przy użyciu wirtualnych zmysłów, ze względu na duże skomplikowanie takiego rozwiązania, znacznie lepiej jest stworzyć nadrzędną inteligencję sterującą wszystkimi agentami postaci. Złożone AI jednak nie zawsze jest konieczne, by gra odniosła sukces. W końcu dla gracza istotne jest nie samo działanie sztucznej inteligencji, lecz samo wrażenie że ona działa. Za przykład niech posłuży seria Call of Duty, gdzie działanie przeciwników sterowane było całkowicie przez stworzone przez programistów, odgórnie ustalone skrypty. Tak więc, za każdym razem gdy gracz jest atakowany przez wroga, odpowiada za to skrypt i niezależnie co gracz zrobi, zostanie zaatakowany w ten sam sposób przy następnej próbie. Dobrze przygotowane skrypty są jednak zaletą, a nie wadą produkcji dzięki nim akcja jest cały czas dynamiczna i efektowna. Źle przygotowane skrypty często psują grę całkowicie. W mniej znanych produkcjach próbujących naśladować serię Call of Duty nagminne jest zjawisko, gdzie skrypt, który powinien się uruchomić i nasłać na gracza grupę przeciwników po tym jak ten przejdzie przez drzwi nie uruchamia się i gracz nie wie co ma robić dalej. Podsumowując, chociaż skomplikowana sztuczna inteligencja w grach komputerowych jeszcze nie występuje, to ważna jest jej jak najlepsza imitacja. Współpraca pomiędzy agentami sterującymi postaciami jest zwykle ograniczona albo do nakazów nadrzędnego agenta, sterującego całą rozgrywką, albo do przygotowanych przez twórców gry skryptów. Ostatecznie, jak to zwykle w informatyce, ważniejsze od samego rozwiązania jest jego odpowiednie dobranie do problemu, a problemem w przypadku gier komputerowych jest wywarcie jak najlepszego wrażenia na graczu przy możliwie niewielkich wymaganiach obliczeniowych produkcji. Oczywiście należy zapominać, że pomimo coraz większej mocy obliczeniowej komputerów i coraz potężniejszych algorytmów sztucznej inteligencji na dzień dzisiejszy komputery nie są w stanie zastąpić innych graczy. Świadczy o tym niesłabnąca popularność gier sieciowych. W Counter-Strike, sieciową grę traktującą o zmaganiach terrorystów i antyterrorystów (obydwie drużyny sterowane są przez graczy) wciąż grają tysiące ludzi, pomimo upływu 10 lat od premiery. World of Warcraft, największa dotychczas gra z gatunku MMORPG (Massive Multiplayer-only Role Playing Game) ma na dzień dzisiejszy ponad 11 milionów użytkowników na całym świecie i przynosi wydawcy około 150 milionów dolarów przychodu miesięcznie. To chyba wystarczający dowód na sukces tej produkcji, pomimo braku zaawansowanej sztucznej inteligencji. Można postawić tezę, że współdziałanie pomiędzy agentami sterującymi postaciami w grach komputerowych działa najlepiej, jeśli tymi agentami są żywi gracze. 5
Źródła: http://gry.gery.pl/newsy/6565.html http://pl.wikipedia.org/wiki/geforce 6