Как устроены лучшие образцы AI в играх

Эта статья опубликована в разделе «Премиум». Что это такое и какие преимущества дает премиум-статус, читайте здесь. Премиальные статьи публикуются не вместо, а в дополнение к бесплатным.

Искусственный интеллект — одна из самых важных и в то же время одна из наименее изменчивых технологий в компьютерных играх. Графика, масштабы, бюджеты игр растут каждый год. А вот AI совершенствуется намного медленнее. Порой он даже деградирует. Например, искусственный интеллект в первом Half-Life и Thief 1-2 лучше, чем в продолжениях.

В этой статье мы расскажем, как устроен в нескольких очень разных играх: Alien: Isolation, Far Cry 4, Shogun, Thief, Left 4 Dead, Halo 2, Half-Life.

Alien: Isolation

В этой игре перед разработчиками стояла сложная и интересная задача — создание модели поведения Чужого из одноименного фильма 1979 года. Игровой процесс состоит в противостоянии главной героини и неуязвимого инопланетянина, обладающего почти человеческим уровнем интеллекта.

Чужой должен пугать своим умом и вездесущностью. В то же время игра обязана управлять уровнем напряженности. Игрок не может постоянно находиться в страхе, иначе он просто не выдержит и сдастся, поэтому уровень стресса постоянно меняется, то возрастая, то давая перевести дух. Для создания такой атмосферы создатели черпали вдохновение в оригинальном фильме «Чужой», классических фильмах ужасов и приключенческих фильмах.

Чужой стал похож на маньяков из хорроров — появляется всегда в нужное время и в нужном месте, как постоянная угроза для игрока. Искусственный интеллект состоит из двух частей: подобия режиссера, использованного в Left 4 Dead, управляющего местоположением Чужого, и AI, управляющего поведением монстра. Режиссер наблюдает за действиями игрока и всегда знает, где тот находится. Задача Режиссера — постоянно направлять Чужого к игроку. Интеллект Чужого не жульничает — он получает только воспринимаемую самим существом информацию. Поэтому его можно обмануть, удивить или избежать. В игре реализован «измеритель угрозы» — набор метрик, позволяющий определять уровень стресса, испытываемого игроком. Режиссер может управлять уровнем угрозы, например, приблизив Чужого к человеку. Также он может давать Чужому задачи, отправлять его в конкретные места и менять приоритет этих задач.

Режиссер переключает искусственный интеллект Чужого между активным и пассивным режимом. Активный режим включается, когда Чужой слышит необычный шум или происходит какое-то событие. В пассивном он скрывается в вентиляционной шахте, но по-прежнему находится поблизости от игрока. Вот так и получается, что игрок все время в напряжении.

Left 4 Dead

Для создания напряженного темпа игры Valve реализовала концепцию режиссера (The Director) — искусственного интеллекта, управляющего созданием волн зомби, добавлением особых зараженных и реагирующего на уровень стресса игроков. Благодаря режиссеру каждое прохождение становится уникальным. Он следит за перемещением игроков по уровню и по ряду параметров самостоятельно повышает или понижает сложность игры. В результате создаются моменты высокого напряжения и передышек.

Режиссер не стремится обязательно убить игроков или победить в игре, его цель — сделать интересно. Кроме создания орд зомби, AI подбирает музыкальное сопровождение. Он стремится всегда поддерживать темп игры в повторяющихся циклах: наращивание нагрузки, максимальное напряжение, отдых. Отслеживая предполагаемый уровень стресса каждого игрока, искусственный интеллект может индивидуально повышать и понижать его. Стресс оценивается по косвенным признакам: количество здоровья, число атакующих отдельного игрока зомби и близость боссов.

Режиссер варьирует количество зомби, расстояние их атак и периодически вводит в игру особых зараженных. При загрузке игры он расставляет по карте пассивных зараженных, потом время от времени добавляет орды по 10-30 активных зомби. Для каждого уровня у режиссера есть определенный «бюджет», который он может тратить по своему усмотрению на разные типы зомби. Боссы тоже имеют ограничения: в любой момент времени на карте не может быть больше заданного количества врагов одного типа. Таким образом сохраняется баланс. Танк и ведьма могут создаваться только в определенных местах, выбранных дизайнерами уровней.

Поведение разных типов зараженных отличается. Им управляет уже не режиссер, а ИИ нижнего уровня, ответственный за действия отдельных противников. При этом боссы имеют собственную тактику.

Отвечающая за звуковое сопровождение часть искусственного интеллекта не только дополнительно управляет стрессом, но и создает аудиоподсказки для игроков. Самый очевидный пример — специальные музыкальные темы для танка и ведьмы. Но существуют и другие звуковые намеки, которые могут помочь внимательному игроку.

Пример работы режиссера вдохновил разработчиков других игр на создание похожих систем. В частности, подобный принцип использован в серии игр Far Cry, начиная с третьей части. Также его позаимствовали для многих игр с открытым миром, в том числе Saints Row 4, Titanfall и «Ведьмак 3». Он нашел применение даже в музыкальной игре Rocksmith.

Thief: The Dark Project

В шедевре 1998 года Thief игрок выступал в роли вора Гарретта. Ловкий, но слабый герой должен проникать в защищенные помещения, похищать ценности и скрываться от стражи. Противники плохо видят в темноте, но чутко реагируют на звуки. Разработчикам игры нужно было наделить AI органами чувств для имитации зрения и слуха.

Действия NPC зависят от информированности о присутствии, местонахождении и типе объекта (например, персонажа игрока). Зрение персонажей симулируется конусами видимости. Для имитации периферийного зрения и центра взгляда используются разные виды конусов. Существует даже конус зрения сзади, чтобы NPC мог «чувствовать» движения за спиной. Кроме того, каждый объект в игре имеет собственное значение видимости, не зависящее от наблюдателя. Видимость определяется через освещенность, подвижность и заметность. Крупный объект будет более заметен на фоне остальных.

Звуки в Thief накладываются на трехмерную геометрию мира. Поэтому, когда звук достигает ушей AI, он приходит именно с той стороны, откуда он должен прийти в реальном мире, и изменяет величину информированности персонажа о ситуации. Персонажи могут обмениваться информацией через разговоры.

Осознание персонажем визуальной и звуковой информации выполняется в три этапа. На первом этапе сравниваются входные звуковые и визуальные значения. Одно из «чувств» (зрение или слух), значение которого больше, становится доминирующим. На втором этапе уровень информированности сравнивается с предыдущими данными. Если информированность персонажа увеличилась, то он становится более настороженным. И, наконец, на третьем этапе, если значения сигналов уменьшаются, настороженность постепенно начинает снижаться.

Shogun: Total War

Эта игра, соединившая в себе черты пошаговой стратегии и тактических боев в реальном времени, стала родоначальницей целой серии. Действие Shogun происходит в средневековой Японии, раздираемой на бесконечными войнами правящих кланов.

Искусственный интеллект игры в пошаговом и в тактическом режиме работает несколько по-разному. Разработчики сделали несколько уровней принятия решений: стратегический интеллект, тактический интеллект управления войском и тактический интеллект отдельных отрядов.

Для стратегического AI на пошаговой карте использовали смесь традиционного (скриптового) интеллекта и генетических алгоритмов. Реализовалось это следующим образом: для скриптового AI подбирались различные сочетания параметров, после чего пропускались через симуляцию. Параметры, показавшие самые хорошие результаты, были использованы в игре. Кроме того, имитировались и характеры военачальников: у каждого даймё свой темперамент и навыки. Некоторые кланы любят повоевать, другие делают ставку на шпионов и махинации, третьи — хорошие дипломаты.