Literatura

• Buckland, Mat. 2005. Programming Game AI by Example
• Russell, Stuart. 2020. Artificial Intelligence: A Modern Approach (4th ed.)

Umělá inteligence ve hrách

• Sada pravidel generující chování, které hráči poskytuje iluzi inteligence
• Měly by být dostatečně sofistikované, aby si hráči mysleli, že interagují s něčím inteligentním
• Realistické AI nutně neznamená zábavný gameplay

AI Techniky

AI ve hrách

Doom 1 (1993)

• infighting - monstra bojují proti sobě
• stavové automaty a atribut SPECIAL přímo v mapě

Age of Empires (1997)

• AI je dostatečně inteligentní na nalezení frakcí na mapě, ale velmi slabé v obraně

Half-life (1998)

• monstra mohou hráče vystopovat, případně utéct, když jim ubývá HPčko
• vojáci měli "automated announcement system", uměli se krýt

Starcraft (1998)

• particle model pro odhad pozic jednotek, které AI nevidí

Unreal Tournament (1999)

• Bayesovské sítě

Quake III (1999)

• HFSM pro rozhodování, AAS (Area Awareness System) pro kolize a pathfinding

AI techniky ve hrách

Black and White (2001)

• Belief-Desire-Intention model

Halo 2 (2004)

• behaviorální stromy a fuzzy logika

F.E.A.R. (2005)

• GOAP pro taktické plánování vojáků, krycí palba

XCOM: Enemy Unknown (2012)

• utility-based system, kalkulace užitečnosti každé akce

ARMA 3 (2013)

• issue ordering, situation-based decision, stáhnutí se z boje
• HTN (Hierarchical task network) pro generátor misí

DOTA 2 (2013) a podobné hry

• OpenAI boti

Starcraft II (2013)

• AlphaStar deep neural network (2019)

Výzvy pro herní AI

S čím vlastně počítáme

• real-time
• omezené zdroje
• nekompletní znalost
• plánování
• učení
• akcelerační model

Vlastnosti

• předvídatelnost (prvky překvapení)
• komunikace mezi hráčem a AIčkem
• překvapení - léčky, překvapivé útoky, týmová podpora
• "winning well and losing well"
• podvádění - akceptovatelné, pokud si toho hráč nevšimne

AIčko musí hráči nabízet "fun prvek". Každý dokáže udělat AI, které vždy vyhraje.

Pravidla pro dobré AI

• Dobré AIčko hráči poskytuje jisté výhody
  • např. bojový systém ve hře Doom (2016) - pouze část monster hráče pronásleduje
• Dobré AIčko řekne hráči, co si myslí
  • např. hlídka řekne do vysílačky "Někdo tu je!"
• Dobré AI je dostatečně předvídatelné
  • hráč se může naučit taktizovat
• Dobré AI dokáže interagovat s herním systémem
  • sbírání zbraní, otevírání dveří
• Dobré AI má vlastní cíle
  • nejedná se jen o náhodně spawnutého enemáka
• Dobré AI není jen o nepřátelích
  • i NPCčka poskytují "fun" prvek

Skriptování

• IF-THIS-THEN-THAT
• Vše je hardkódované
• jednoduché, dobře se ladí a rozšiřuje
• hráč se musí chovat tak, jak designéři předpokládají
• je potřeba pokrýt velké množství situací

   1
 // Doom 2: find player to chase
   2
 void A_Look (mobj_t* actor) {
   3
     mobj_t* targ;
   4
     actor->threshold = 0;   // any shot will wake up
   5
     targ = actor->subsector->sector->soundtarget;
   6
       if (actor->flags & MF_AMBUSH){
   7
         if (P_CheckSight (actor, actor->target))
   8
         goto seeyou;
   9
     } else goto seeyou;
  10
   
  11
     if (!P_LookForPlayers (actor, false)) return;
  12
     // go into chase state
  13
 seeyou:
  14
     P_ChasePlayer();
  15
 }

Konečný stavový automat

Příklad: Pacman FSM

Příklad: Pacman - přechodová tabulka

Příklad: Doomguard

Příklad: Doomguard

Hierarchický stavový automat

• další název - statechart
• každý stav může mít superstav a množinu podstavů
• skupiny stavů sdílí přechody
• dá se implementovat zásobníkem
  • vlož stav nižší úrovně při přechodu
  • vytáhni další stav při návratu a přesuň se do něj

Fuzzy logika

• komplementární struktura pro stavové automaty a skriptování
• místo prahování můžeme rozmazávat přechody mezi stavy
• použito ve hře Halo 3 pro řízení jednotek a vyhodnocování hrozeb
• další aplikace: proximity, mood management

Behaviorální stromy

• stromy uzlů, které řídí rozhodovací procesy
• původně pro hru Halo 2 (2004)
• kombinuje elementy ze skriptování a HFSM
• neexistuje formální definice
• depth-first průchod
• každý uzel vrací status
  • SUCCESS, FAILURE, RUNNING, (SUSPENDED)

Behaviorální strom

Typ uzlu	Success	Failure	Running
Selector	Pokud jeden potomek uspěje	Pokud všichni potomci failnou	Pokud jeden potomek běží
Sequence	Pokud všichni potomci uspějí	Pokud jeden potomek failne	Pokud jeden potomek běží
Decorator	To záleží	To záleží	To záleží
Parallel	Poku N potomků uspěje	Poku M-N potomků uspěje	Pokud všichni potomci běží
Action	Při dokončení	Při chybě	Během dokončení
Condition	Pokud true	Pokud false	Nikdy

Příklad: Unreal Engine BT Editor

Příklad: Doomguard

Možná vylepšení

• můžeme definovat podmínkový selector pro zjednodušení diagramu

Příklad: Zamčené dveře

BDI Systémy

Goal-Oriented Action Planning

• považuje cíle za žádané stavy -> vyber si cíl a zkus se k němu dostat
• každá akce obsahuje podmínky, které je nutno splnit
• implementováno ve hře F.E.A.R (2005) a Tomb Raider (2013)

Příklad: F.E.A.R

• každý mob má nějaké cíle o různých prioritách
• používá se plánovač k tomu, aby byl uspokojen ten s nejvyšší prioritou
• AI se rozhoduje na základě aktuální herní situace

Soldier	Assassin	Rat
Attack	Attack	Animate
AttackCrouch	InspectDisturbance	Idle
SuppressionFire	LookAtDisturbance	GotoNode
FlushOutWithGrenade	AttackMeleeUncloaked
AttackFromCover	TraverseBlockedDoor
BlindFireFromCover	AttackFromAmbush
ReloadCovered	AttackLungeUncloaked

Predikce oponentů

Occupancy map

• pravidelná mřížka přes herní mapu
• udržuje pravděpodobnost pozice hráče pro každou buňku
• jakmile se hráč ztratí z dohledu, dojde k propagaci do sousedních buněk

Threat map

• uchovává pro každou buňku potenciální damage, který hráč může dostat
• lehce se integruje do pathfindingu
• využití např. pro vyhnutí se předsunuté základně

RTS

RTS hry

Dune II

1992

C&C Red Alert

1995

Total Annihilation

1997

Warcraft 3: Reign of Chaos

2002

Starcraft II

2010

Ashes of the Singularity

2016

RTS Featury

Resource Control

• čím více zdrojů má hráč pod kontrolou, tím rychleji buduje

Tech tree

• přímý graf obsahující technologická vylepšení frakce

Build order (otevření)

• prvních pár minut hraní, kdy hráč postaví klíčové budovy

Fog of war

• mlha, která zakrývá neprozkoumaná místa na mapě
• vyžaduje posílání průzkumných jednotek

Micromanagement

• ovládání jednotek v boji

Příklad: Starcraft 2 Tech-tree

RTS vrstvy pro AIčko

• micromanagement
• tactics (budování armády)
• strategy (tech tree)

Layer-based AI

• každá vrstva řeší určitý problém
• rozhodovací komponenty vyhodnocují dostupné informace a exekutoři vykonávají doporučené akce
• Sensor - čte herní stav
• Analyzer - dává dohromady koherentní obraz situace ve hře
• Memorizer - ukládá data jako analýza terénu, historie rozhodování,...
• Decider - stanovuje cíle
• Executor - překládá cíle na akce
• Coordinator - synchronizuje skupiny jednotek
• Actuator - provádí přímou akci

Příklad: Layer-based AI

Příklad: Megaglest

• Open-source 3D RTS (ODKAZ)
• sedm frakcí: technická, magická, indiáni, egypt,...
• rule-based AI

Megaglest architektura

Megaglest pravidla

Co jsme si řekli