В этой лабораторной работе мы познакомимся со способами применения технологий искусственного интеллекта в компьютерных играх.
Цель работы
Научиться применять искусственный интеллект в компьютерных играх
Задачи работы
Освоить основные принципы применения искусственного интеллекта в компьютерных играх.
Рассмотреть алгоритмы искусственного интеллекта, применимые в играх
Создать компьютерную игру, использующую принципы искусственного интеллекта
Обзор подходов к разработке системы ИИ
Тема искусственного интеллекта (artifical intelligence, AI, ИИ) будоражит умы многих начинающих программистов, разработчиков и любителей компьютерных игр. ИИ кажется многим чем-то удивительно сложным, интересным, таинственным. Действительно, ведь технологии ИИ заставляют персонажей игр действовать разумно. Однако в ИИ нет ничего таинственного. За десятилетия развития этой области знаний было разработано огромное количество алгоритмов, применимых в самых разных областях деятельности. И компьютерные игры – лишь сравнительно небольшое поле для технологий искусственного интеллекта.
Очень сложно найти компьютерную игру, которая обходится без ИИ. Классический пример «умных» игр – это программы для игры в шашки, шахматы и прочие настольные игры. Каждая игра, в которой компьютер играет против пользователя, оснащена ИИ.
Игровой ИИ, в первом приближении, можно разделить на два вида. Первый – наиболее очевидный – это интеллект отдельных игровых персонажей. Например, каждый танк в популярной некогда приставочной игре Battle City пытается добраться до базы игрока, уничтожить её и его танк. Танки в игре действуют неслаженно, они не отличаются особенным умом, однако играть интересно – всё дело в том, что для данной игры такой вид ИИ вполне подходит. Он не делает игру скучной.
Второй уровень ИИ – это групповой интеллект. Например, вспомним StarCraft. Игрок вынужден сражаться с армией, контролируемой компьютером. Получается, что компьютер управляет большим количеством юнитов (от англ. Unite – единица). Но несложно заметить, что каждое существо, которым управляет групповой ИИ в StarCraft, обладает собственным «разумом». Например, групповой ИИ может направить некоторую группу юнитов на патрулирование местности, но если они встретят на пути неприятеля – отвечать за их действия будет уже их собственный ИИ.
Если бы действия армии в StarCraft никак не контролировались, а ИИ присутствовал лишь на уровне отдельного юнита – игра превратилась бы в скучный поиск и уничтожение врагов. А StarCraft, несмотря на серьёзный возраст (порядка 10 лет) остаётся увлекательной игрой. Даже в однопользовательской кампании StarCraft способна очень сильно «затянуть» игрока, не говоря уже о сетевых баталиях.
Кстати, несложно заметить, что в том же StarCraft индивидуальный ИИ есть и у юнитов, которыми управляет пользователь. Например, та же команда «патрулировать», отданная пользователем, заставит существо из StarCraft послушно ходить по указанному пути. Но если на пути появится препятствие (например, игрок построит там здание, преграждающее путь) – юнит сам решит, что ему делать. Аналогично, он самостоятельно примет решение об атаке, если в поле его видимости появятся враги.
Системы ИИ, применяемые в компьютерных играх, можно разделить на два основных вида. Во-первых – это так называемые детерминированные системы. Они отличаются предсказуемостью действий персонажа. И во-вторых – это недетерминированные системы – персонаж, управляемый таким ИИ, может действовать непредсказуемо, принимать неожиданные решения. Как мы уже сказали, индивидуальный ИИ юнитов играет подчинённую роль в сравнении с групповым ИИ. А может ли ИИ отдельного юнита повлиять на игру вцелом? Может – в том случае, если предусмотрено распространение успехов отдельного юнита на всех схожих. Например, какой-то юнит столкнулся с сильным противником и чудом вышел победителем в схватке. Этот юнит набрался опыта, который, благодаря групповому ИИ, может быть распространён на других юнитов. Т.е. если один юнит чему-то научился, другие, благодаря групповому ИИ, смогут перенять у него новые умения. Таким образом, индивидуальный и групповой ИИ взаимосвязаны, а в некоторых случаях и взаимозависимы.
Персонаж, оснащённый недетерминированным ИИ, отличается непредсказуемостью поведения, большей «живостью». Играть против таких персонажей обычно гораздо интереснее, чем против жёстко детерминированных. Популярным в последнее время способом реализации недетерминированного ИИ является технология нейронных сетей. Она позволяет создавать персонажи с очень сложным поведением. К тому же, нейросети обладают свойством обучаемости. То есть персонажи игр не только разумно ведут себя, но и учатся на своих ошибках.
На практике находят применение как детерминированные, так и недетерминированные виды ИИ. Обычно они действуют совместно. Например, для выполнения каких-то простых однозначных действий (скажем, при приближении к стене свернуть) могут применяться простые и быстрые детерминированные алгоритмы. В более сложных случаях (например – купить ли акции компании Х учитывая огромное количество параметров, напасть ли на врага, учитывая его возможности, свои возможности, наличие подкрепления и т.д.) – применяются более сложные недетерминированные алгоритмы. Частично детерминированные (например, при приближении к стене персонаж с вероятностью 50% повернёт налево, с вероятностью 30% - направо, и с 20% вероятностью развернётся и пойдёт обратно) так же находят широкое применение в играх.
Реализация алгоритма преследования
Реализуем игру, использующую алгоритм преследования. Сущность этого алгоритма заключается в следующем. Объект-преследователь сравнивает свои координаты в игровом мире с координатами объекта-жертвы и корректирует свои координаты таким образом, чтобы приблизиться к жертве. В простейшем случае преследование осуществляется на открытом пространстве.
Создадим новый игровой проект P8_1 на основе проекта P5_1. Будем использовать два объекта – преследователя и жертву. Преследователь будет перемещаться в сторону жертвы со скоростью, на 1 меньше, чем скорость жертвы. Если объекты столкнуться – жертва будет уничтожена.
На рис. 8.1. приведено окно Solution Explorer игрового проекта P8_1.
Рис. 8.1. Окно Solution Explorer
Мы используем базовый класс gBaseClass, класс для объекта-преследователя (Enemy), класс объекта-жертвы (Me) и класс для объекта-стены. Класс объекта-стены будет нужен нам для того, чтобы изучить поведение объекта, реализующего алгоритм преследования, при столкновении с непреодолимым препятствием на пути к жертве. Мы значительно модифицировали код классов в сравнении с исходным проектом P5_1, поэтому ниже вы найдете полный код классов игры. В листинге 8.1. вы можете найти код класса Game1.
usingSystem;usingSystem.Collections.Generic;usingMicrosoft.Xna.Framework;usingMicrosoft.Xna.Framework.Audio;usingMicrosoft.Xna.Framework.Content;usingMicrosoft.Xna.Framework.Graphics;usingMicrosoft.Xna.Framework.Input;namespace P8_1{/// /// This is the main type for your game/// publicclass Game1 : Microsoft.Xna.Framework.Game{ GraphicsDeviceManager graphics; SpriteBatch spriteBatch; Texture2D txtBackground; Texture2D txtEnemy; Texture2D txtMe; Texture2D txtWall;//Массив для конструирования уровняpublicint[,] Layer; Rectangle recBackround =new Rectangle(0, 0, 640, 512); Rectangle recSprite =new Rectangle(0, 0, 64, 64);public Game1(){ graphics =new GraphicsDeviceManager(this); Content.RootDirectory="Content";}protectedoverridevoid Initialize(){// TODO: Add your initialization logic here Layer =newint[8, 10]{{0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}, {0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0}, {0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0}, {0, 0, 0, 0, 1, 6, 0, 0, 0, 0}, {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}, {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0},{0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 5, 0},{0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0},};//Устанавливаем разрешение игрового окна//640х512 graphics.PreferredBackBufferWidth=640; graphics.PreferredBackBufferHeight=512; graphics.ApplyChanges();base.Initialize();}protectedoverridevoid LoadContent(){// Create a new SpriteBatch, which can be used to draw textures. spriteBatch =new SpriteBatch(GraphicsDevice); Services.AddService(typeof(SpriteBatch), spriteBatch); txtBackground = Content.Load<Texture2D>("background"); txtEnemy = Content.Load<Texture2D>("enemy"); txtMe = Content.Load<Texture2D>("me"); txtWall = Content.Load<Texture2D>("wall");//Вызываем процедуру расстановки объектов в игровом окне AddSprites();// TODO: use this.Content to load your game content here}//Процедура расстановки объектов в игровом окнеvoid AddSprites(){//Переменные для временного хранения адреса//объекта-игрокаint a =0, b =0;//Просматриваем массив Layerfor(int i =0; i <8; i++){for(int j =0; j <10; j++){//Если элемент с индексом (i,j) равен 1 - //устанавливаем в соответствующую позицию элемент с//номером 1, то есть - стенуif(Layer[i, j]==1) Components.Add(new GameObj.Wall(this, ref txtWall, new Vector2(j, i), recSprite));if(Layer[i, j]==5) Components.Add(new GameObj.Enemy(this, ref txtEnemy, new Vector2(j, i), new Rectangle(0, 0, 32, 32)));//Если обнаружен объект игрока - запишем его координатыif(Layer[i, j]==6){ a = i; b = j;}}}//Последним установим объект игрока - так он гарантированно//расположен поверх всех остальных объектов Components.Add(new GameObj.Me(this, ref txtMe, new Vector2(b, a), new Rectangle(0, 0, 32, 32)));}protectedoverridevoid UnloadContent(){}protectedoverridevoid Update(GameTime gameTime){base.Update(gameTime);}protectedoverridevoid Draw(GameTime gameTime){ spriteBatch.Begin();//выведем фоновое изображение spriteBatch.Draw(txtBackground, recBackround, Color.White);//Выведем игровые объектыbase.Draw(gameTime); spriteBatch.End();}}}
В данном классе производится инициализация матрицы игрового мира и расстановка объектов. Здесь мы, помимо объекта-игрока и объекта-преследователя, разместили на игровом поле несколько стену (рис. 8.2.).
Рис. 8.2. Непреодолимое препятствие
С их помощью можно заметить, что объект-преследователь может выполнять свои функции лишь на открытом пространстве. Если между преследователем и игроком находится стена – преследователь упирается в нее, перемещаясь вдоль стены до тех пор, пока либо не окажется на свободном пространстве, либо – не окажется строго напротив объекта-игрока. Наш преследователь не способен обходить препятствия – преследованием с обходом препятствий мы займемся ниже, а пока продолжим рассмотрение классов игры.
usingSystem;usingSystem.Collections.Generic;usingMicrosoft.Xna.Framework;usingMicrosoft.Xna.Framework.Audio;usingMicrosoft.Xna.Framework.Graphics;usingMicrosoft.Xna.Framework.Input;usingMicrosoft.Xna.Framework.Content;namespace P8_1.GameObj{publicclass gBaseClass : Microsoft.Xna.Framework.DrawableGameComponent{ Texture2D sprTexture;public Vector2 sprPosition;public Rectangle sprRectangle;//Прямоугольник, представляющий игровое окноpublic Rectangle scrBounds;//Скорость объектаpublicfloat sprSpeed;public gBaseClass(Game game, ref Texture2D _sprTexture, Vector2 _sprPosition, Rectangle _sprRectangle):base(game){ sprTexture = _sprTexture;//Именно здесь производится перевод индекса элемента массива//в координаты на игровом экране sprPosition = _sprPosition *64; sprRectangle = _sprRectangle; scrBounds =new Rectangle(0, 0, game.Window.ClientBounds.Width, game.Window.ClientBounds.Height);}publicoverridevoid Initialize(){base.Initialize();}/// /// Allows the game component to update itself./// /// Provides a snapshot of timing values.publicoverridevoid Update(GameTime gameTime){base.Update(gameTime);}publicoverridevoid Draw(GameTime gameTime){ SpriteBatch sprBatch =(SpriteBatch)Game.Services.GetService(typeof(SpriteBatch)); sprBatch.Draw(sprTexture, sprPosition, Color.White);base.Draw(gameTime);}//Проверка на столкновение с каким-либо объектомpublicbool IsCollideWithObject(gBaseClass spr){return(this.sprPosition.X+this.sprRectangle.Width> spr.sprPosition.X&&this.sprPosition.X< spr.sprPosition.X+ spr.sprRectangle.Width&&this.sprPosition.Y+this.sprRectangle.Height> spr.sprPosition.Y&&this.sprPosition.Y< spr.sprPosition.Y+ spr.sprRectangle.Height);}//Процедуры для перемещения объектаpublicvoid MoveUp(float speed){this.sprPosition.Y-= speed;}publicvoid MoveDown(float speed){this.sprPosition.Y+= speed;}publicvoid MoveLeft(float speed){this.sprPosition.X-= speed;}publicvoid MoveRight(float speed){this.sprPosition.X+= speed;}//Проверка на столкновение со стенойpublicbool IsCollideWithWall(){foreach(gBaseClass spr in Game.Components){if(spr.GetType()==(typeof(Wall))){if(IsCollideWithObject(spr))return true;}}return false;}//Проверка на столкновение с границами экранаpublicvoid Check(){if(sprPosition.X< scrBounds.Left){ sprPosition.X= scrBounds.Left;}if(sprPosition.X> scrBounds.Width- sprRectangle.Width){ sprPosition.X= scrBounds.Width- sprRectangle.Width;}if(sprPosition.Y< scrBounds.Top){ sprPosition.Y= scrBounds.Top;}if(sprPosition.Y> scrBounds.Height- sprRectangle.Height){ sprPosition.Y= scrBounds.Height- sprRectangle.Height;}}}}
Мы включили в этот класс методы и свойства, которые будем использовать и для объекта игрока и для объекта-преследователя. Они знакомы вам по проекту P5_1.
Теперь рассмотрим код класса Wall – (листинг 8.3.) мы приводим его здесь лишь для полноты изложения – он не претерпел изменений.
usingSystem;usingSystem.Collections.Generic;usingMicrosoft.Xna.Framework;usingMicrosoft.Xna.Framework.Audio;usingMicrosoft.Xna.Framework.Graphics;usingMicrosoft.Xna.Framework.Input;usingMicrosoft.Xna.Framework.Content;namespace P8_1.GameObj{publicclass Me : gBaseClass{public Me(Game game, ref Texture2D _sprTexture, Vector2 _sprPosition, Rectangle _sprRectangle):base(game, ref _sprTexture, _sprPosition, _sprRectangle){ sprSpeed =2;// TODO: Construct any child components here}publicoverridevoid Initialize(){base.Initialize();}publicvoid IsCollideWithAny(){//Заводим переменную для временного хранения//ссылки на объект, с которым столкнулся игровой объект gBaseClass FindObj = null;//Проверка на столкновение с объектами Enemyforeach(gBaseClass spr in Game.Components){if(spr.GetType()==(typeof(Enemy))){if(IsCollideWithObject(spr)){ FindObj = spr;}}}if(FindObj !=null){this.Dispose();}}//Процедура, отвечающая за перемещение игрового объектаvoid Move(){ KeyboardState kbState = Keyboard.GetState();//При нажатии кнопки "Вверх"if(kbState.IsKeyDown(Keys.Up)){ MoveUp(sprSpeed);while(IsCollideWithWall()){ MoveDown((sprSpeed /10));}}//При нажатии кнопки "Вниз"//Происходит обычная процедура перемещения//объекта с проверкойif(kbState.IsKeyDown(Keys.Down)){ MoveDown(sprSpeed);while(IsCollideWithWall()){ MoveUp((sprSpeed /10));}}//Точно так же обрабатывается//нажатие кнопки "Влево"if(kbState.IsKeyDown(Keys.Left)){ MoveLeft(sprSpeed);while(IsCollideWithWall()){ MoveRight((sprSpeed /10));}}//Аналогично - перемещение вправоif(kbState.IsKeyDown(Keys.Right)){ MoveRight(sprSpeed);while(IsCollideWithWall()){ MoveLeft((sprSpeed /10));}}}publicoverridevoid Update(GameTime gameTime){// TODO: Add your update code here//Вызовем процедуру перемещения объекта по клавиатурным командам Move();//Проверим, не вышел ли он за границы экрана, если надо//исправим его позицию Check(); IsCollideWithAny();base.Update(gameTime);}}}
Объект класса Me умеет перемещаться по клавиатурным командам, не выходя за границы экрана, останавливаться, «натыкаясь» на стену, а при столкновении с объектом-преследователем объект класса Me уничтожается. Алгоритм преследования реализован в коде класса Enemy (листинг 8.5.).
usingSystem;usingSystem.Collections.Generic;usingMicrosoft.Xna.Framework;usingMicrosoft.Xna.Framework.Audio;usingMicrosoft.Xna.Framework.Graphics;usingMicrosoft.Xna.Framework.Input;usingMicrosoft.Xna.Framework.Content;namespace P8_1.GameObj{publicclass Enemy : gBaseClass{ Vector2 Direction;public Enemy(Game game, ref Texture2D _sprTexture, Vector2 _sprPosition, Rectangle _sprRectangle):base(game, ref _sprTexture, _sprPosition, _sprRectangle){ sprSpeed =1; Direction ==new Vector2(0, 0);// TODO: Construct any child components here}publicoverridevoid Initialize(){// TODO: Add your initialization code herebase.Initialize();}//Вычисление направления на объект-игрока и передвижение в//этом направленииvoid SeekAndDestroy(){foreach(gBaseClass spr in Game.Components){if(spr.GetType()==(typeof(Me))){//найдем разницу между координатами преследователя и//игрока Direction =(this.sprPosition- spr.sprPosition);//Если разность по X положительная//переместим преследователя влево//с учетом того, что стены для него //непроницаемы.if(Direction.X>0){ MoveLeft(sprSpeed);while(IsCollideWithWall()){ MoveRight((sprSpeed /10));}}//При отрицательной разности по X//переместим объект вправоif(Direction.X<0){ MoveRight(sprSpeed);while(IsCollideWithWall()){ MoveLeft((sprSpeed /10));}}//При положительной разности по Y//переместим объект вверхif(Direction.Y>0){ MoveUp(sprSpeed);while(IsCollideWithWall()){ MoveDown((sprSpeed /10));}}//При отрицательной разности по Y переместим//объект внизif(Direction.Y<0){ MoveDown(sprSpeed);while(IsCollideWithWall()){ MoveUp((sprSpeed /10));}}}}}publicoverridevoid Update(GameTime gameTime){// Перемещение к объекту игрока SeekAndDestroy();//Проверка на столкновение с границами экрана Check();base.Update(gameTime);}}}
На каждом шаге игрового цикла объект-преследователь сравнивает свои координаты и координаты объекта игрока и проводит необходимую коррекцию своей позиции. Как мы уже отмечали, наш объект-преследователь не умеет обходить препятствия. Рассмотрим реализацию алгоритма преследования с обходом препятствий.
Реализация алгоритма перемещения с обходом препятствий
Существует немало алгоритмов поиска пути на карте с препятствиями. Один из них заключается в следующем – объект двигается по карте, «держась рукой» за стену. Объект перемещается вдоль стен, выполняя повороты лишь в одну сторону, таким образом он гарантированно обойдет все места на карте, вдоль которых находятся стены или другие границы. Это достаточно простой алгоритм, подходящий для несложных игр. В играх более сложных его применение может вызвать отрицательные эмоции у игрока – поэтому в таких играх следует применять более сложные алгоритмы. Например, для поиска кратчайшего пути между двумя точками можно применить популярный алгоритм A*, для исследования игрового мира – алгоритм на основе «сенсоров», которыми обладает игровой персонаж.
Мы используем комбинированный алгоритм – он рассчитан на действия в трех ситуациях. Во-первых, если объект-преследователь «видит» объект-цель – он перемещается к ней в свободном пространстве – так же, как в вышеописанном примере. Если объект-преследователь теряет цель – например – она ушла из пределов прямой досягаемости – он действует различным образом в зависимости от того, находится ли он в свободном пространстве или около стены или границы экрана. Если преследователь находится в свободном пространстве – он перемещается в нем на случайные расстояния, делая повороты. Если он находится около стены – он продолжает обход игрового мира. Как правило, объект, находящийся в свободном пространстве некоторое время «блуждает» по нему – если он снова «увидит» объект-цель – он начнет преследовать его, если он столкнется со стеной или с границей экрана – он продолжит обход игрового мира.
Создадим новый проект P8_2 на основе проекта P8_1. Ранее объект-преследователь перемещался в направлении объекта-цели, мог передвигаться вдоль вертикальных «стен», но даже простейшая конфигурация из препятствий была способна задержать его. Теперь же мы реализуем в объекте-преследователе алгоритм обхода препятствий Состав проекта, по сравнению с проектом P8_1, не изменился, однако код объектов и основного игрового класса претерпел некоторые изменения. Ниже приведен полный код проекта P8_2.
usingSystem;usingSystem.Collections.Generic;usingMicrosoft.Xna.Framework;usingMicrosoft.Xna.Framework.Audio;usingMicrosoft.Xna.Framework.Graphics;usingMicrosoft.Xna.Framework.Input;usingMicrosoft.Xna.Framework.Content;namespace P8_2.GameObj{publicclass Me : gBaseClass{public Me(Game game, ref Texture2D _sprTexture, Vector2 _sprPosition, Rectangle _sprRectangle):base(game, ref _sprTexture, _sprPosition, _sprRectangle){ sprSpeed =2;// TODO: Construct any child components here}publicoverridevoid Initialize(){base.Initialize();}publicvoid IsCollideWithAny(){//Заводим переменную для временного хранения//ссылки на объект, с которым столкнулся игровой объект gBaseClass FindObj = null;//Проверка на столкновение с объектами Enemyforeach(gBaseClass spr in Game.Components){if(spr.GetType()==(typeof(Enemy))){if(IsCollideWithObject(spr)){ FindObj = spr;}}}if(FindObj !=null){this.Dispose();}}//Процедура, отвечающая за перемещение игрового объектаvoid Move(){ KeyboardState kbState = Keyboard.GetState();//При нажатии кнопки "Вверх"if(kbState.IsKeyDown(Keys.Up)){ MoveUp(sprSpeed);while(IsCollideWithWall()){ MoveDown((sprSpeed /10));}}//При нажатии кнопки "Вниз"//Происходит обычная процедура перемещения//объекта с проверкойif(kbState.IsKeyDown(Keys.Down)){ MoveDown(sprSpeed);while(IsCollideWithWall()){ MoveUp((sprSpeed /10));}}//Точно так же обрабатывается//нажатие кнопки "Влево"if(kbState.IsKeyDown(Keys.Left)){ MoveLeft(sprSpeed);while(IsCollideWithWall()){ MoveRight((sprSpeed /10));}}//Аналогично - перемещение вправоif(kbState.IsKeyDown(Keys.Right)){ MoveRight(sprSpeed);while(IsCollideWithWall()){ MoveLeft((sprSpeed /10));}}}publicoverridevoid Update(GameTime gameTime){// TODO: Add your update code here//Вызовем процедуру перемещения объекта по клавиатурным командам Move();//Проверим, не вышел ли он за границы экрана, если надо//исправим его позицию Check(); IsCollideWithAny();base.Update(gameTime);}}}
Листинг 8.10. содержит код класса Enemy. Именно здесь реализован алгоритм обхода препятствий.
usingSystem;usingSystem.Collections.Generic;usingMicrosoft.Xna.Framework;usingMicrosoft.Xna.Framework.Audio;usingMicrosoft.Xna.Framework.Graphics;usingMicrosoft.Xna.Framework.Input;usingMicrosoft.Xna.Framework.Content;namespace P8_2.GameObj{publicclass Enemy : gBaseClass{ Vector2 Direction;//Переменная, задающая первоначальное направление движенияint WhereToMove =1;//Генератор случайных чисел Random r =new Random();//Переменная для исключения повторного//поворота объекта при движении вдоль//стены или границы экранаbool flag = true;//Переменная для исключения повторного поворота объекта//при движении в свободном пространствеbool flag1 = false;//Количество ходов в свободном пространстве перед поворотом значениеint FreeMoveCount =150;public Enemy(Game game, ref Texture2D _sprTexture, Vector2 _sprPosition, Rectangle _sprRectangle):base(game, ref _sprTexture, _sprPosition, _sprRectangle){ sprSpeed =1; Direction =new Vector2(0, 0);// TODO: Construct any child components here}publicoverridevoid Initialize(){// TODO: Add your initialization code herebase.Initialize();}//Функция для реализации "взгляда" объекта. Если он видит//объект преследования - возвращает True, иначе - Falsebool simulateMove(Vector2 testPosition){//Находится ли объект игрока так, что объект//управляемый компьютером может "видеть" его.//Предположим, что даbool IsCollide = true;bool CollisionDetected = false; Vector2 Dir; Vector2 OldPosition =this.sprPosition;if(testPosition.X==-1& testPosition.Y==-1){foreach(gBaseClass spr in Game.Components){if(spr.GetType()==(typeof(Me))){while(CollisionDetected ==false){ Dir =(this.sprPosition-new Vector2 (spr.sprPosition.X, spr.sprPosition .Y));if(Dir.X>0) MoveLeft(Math.Abs(Dir.X/100));if(Dir.X<0) MoveRight(Math.Abs(Dir.X/100));if(Dir.Y>0) MoveUp(Math.Abs(Dir.Y/100));if(Dir.Y<0) MoveDown(Math.Abs(Dir.Y/100));if(IsCollideWithWall()){ CollisionDetected = true; IsCollide = false;}if(IsCollideWithObject(spr)){ CollisionDetected = true; IsCollide = true;}}}}}else//Проверяем на столкновение объекта и стены//эта часть функции реализует "зрение" объекта{while(CollisionDetected ==false){ Dir =(this.sprPosition- testPosition);if(Dir.X>0) MoveLeft(Math.Abs(Dir.X/100));if(Dir.X<0) MoveRight(Math.Abs(Dir.X/100));if(Dir.Y>0) MoveUp(Math.Abs(Dir.Y/100));if(Dir.Y<0) MoveDown(Math.Abs(Dir.Y/100));if(IsCollideWithWall()){ CollisionDetected = true; IsCollide = true;}if(CheckBounds()){ CollisionDetected = true; IsCollide = true;}if(Math.Abs(Dir.X)<0.1& Math.Abs(Dir.Y)<0.1){ CollisionDetected = true; IsCollide = false;}}}this.sprPosition= OldPosition;return IsCollide;}void SeekAndDestroy(){foreach(gBaseClass spr in Game.Components){if(spr.GetType()==(typeof(Me))){//найдем разницу между координатами преследователя и игрока Direction =(this.sprPosition- spr.sprPosition);//Если разность по X положительная//переместим преследователя влево//с учетом того, что стены для него непроницаемы.if(Direction.X>0){ MoveLeft(sprSpeed);while(IsCollideWithWall()){ MoveRight((sprSpeed /10));}}//При отрицательной разности по X переместим объект вправо if(Direction.X<0){ MoveRight(sprSpeed);while(IsCollideWithWall()){ MoveLeft((sprSpeed /10));}}//При положительной разности по Y переместим объект вверхif(Direction.Y>0){ MoveUp(sprSpeed);while(IsCollideWithWall()){ MoveDown((sprSpeed /10));}}//При отрицательной разности по Y переместим объект внизif(Direction.Y<0){ MoveDown(sprSpeed);while(IsCollideWithWall()){ MoveUp((sprSpeed /10));}}}}}//Движение вдоль стены или в свободном пространстве//Направление движения//1 - влево//2 - вправо//3 - вверх//4 - внизvoid WallWalk(int Direction){if(Direction ==1){ MoveLeft(sprSpeed);}if(Direction ==2){ MoveRight(sprSpeed);}if(Direction ==3){ MoveUp(sprSpeed);}if(Direction ==4){ MoveDown(sprSpeed);}}/// /// Allows the game component to update itself./// /// Provides a snapshot of timing values.publicoverridevoid Update(GameTime gameTime){//Если на пути нет препятствий//Перемещение к объекту игрокаif(simulateMove(new Vector2(-1, -1))){ SeekAndDestroy();}else{//Перемещение вдоль стены или в свободном пространстве WallWalk(WhereToMove);//Разрешить повороты вдоль стены flag = true;if(IsCollideWithWall()| CheckBounds()){//Разрешить повороты в пространстве//Найдя "разрыв" в стене объект повернет в него flag1 = true;//if(WhereToMove ==1& flag){ WhereToMove =3;//Если сделан поворот//Нельзя сразу же делать поворот в другую сторону flag = false;}if(WhereToMove ==2& flag){ WhereToMove =4; flag = false;}if(WhereToMove ==3& flag){ WhereToMove =2; flag = false;}if(WhereToMove ==4& flag){ WhereToMove =1; flag = false;}}//Блок обработки перемещений в пространстве//и в "разрывах" стен//Если выполнено количество шагов, заданное//в переменной FreeMoveCount//Установить новое случайное значение для этой переменной//Разрешить повороты в свободном пространствеif(FreeMoveCount <0){ FreeMoveCount = r.Next(20, 100); flag1 = true;}//Если не было поворота вдоль стены//И разрешены повороты в пространстве//И выше объекта нет препятствия//То - сменить направление движения на "вверх"//Послеif(flag&flag1 & WhereToMove ==2& simulateMove(new Vector2(this.sprPosition.X, this.sprPosition.Y-5))==false){ WhereToMove =3; flag1 = false; flag = false;}//Если при движении вверх обнаруживаем, что нет препятствия слева//поворачиваем влевоif(flag&flag1 & WhereToMove ==3& simulateMove(new Vector2(this.sprPosition.X-5, this.sprPosition.Y))==false){ WhereToMove =1; flag1 = false; flag = false;}//Если при движении влево обнаруживаем, что нет препятсвия внизу//двигаемся внизif(flag&flag1 & WhereToMove ==1& simulateMove(new Vector2(this.sprPosition.X, this.sprPosition.Y+5))==false){ WhereToMove =4; flag1 = false; flag = false;}//Если двигались вниз и обнаружили, что справа нет препятствия//Двигаемся вправоif(flag&flag1 & WhereToMove ==4& simulateMove(new Vector2(this.sprPosition.X+5, this.sprPosition.Y))==false){ WhereToMove =2; flag1 = false; flag = false;}}//Проверка на столкновение с границами экрана Check();//Уменьшаем на 1 количество допустимых ходов в //свободном пространстве FreeMoveCount--;base.Update(gameTime);}}}
Комментарии к коду раскрывают особенности алгоритма.
Выводы
Задача реализации искусственного интеллекта в игровых программах сталкивается с двумя ограничениями. Во-первых – чем сложнее и продуманнее эта система, и чем лучше она, в результате, работает – тем естественнее ведут себя персонажи. Во-вторых – игровые программы требуют немало вычислительных ресурсов, поэтому любое усложнение – в том числе – усложнение системы ИИ – ведет к падению производительности. Поэтому программисты вынуждены идти на компромисс – максимально упрощать систему ИИ таким образом, чтобы ее работа не тормозила выполнение игры. Результаты такого упрощения обычно выражаются в некоторых странностях в поведении персонажей. Например, персонаж может «застрять» в двери или в каком-нибудь другом месте карты, при прохождении которого ИИ, встроенный в игру, не предусматривает однозначного решения. При разработке системы ИИ широко применяется предварительный просчет возможных действий персонажей, после чего полученные данные применяются в ходе игры. Например, предварительно может быть составлена карта обхода местности, которая предусматривает указание путей прохождения и точек, в которых требуются какие-то особые действия персонажа – прыжок для преодоления препятствия, поворот, выполнение определенной манипуляции с другими объектами игрового мира. Обычно игровые персонажи имеют комбинированный ИИ. Например, заранее могут быть просчитаны возможные пути прохождения карты, а если при прохождении персонаж сталкивается с какими-либо подвижными объектами, он ведет себя уже не в соответствии с общей картой прохождения, а в соответствии с правилами обхода локальных препятствий.
Задание
Разработайте игровой проект – клон игры «Battle City» - симулятор танкового боя на карте, подобной карте, применяемой в наших примерах. Создайте следующие объекты карты:
1. Кирпичные стены – объекты не могут преодолевать их, выстрел из пушки уничтожает один сегмент стены. 2. Бетонные стены – непроницаемы для объекта, не уничтожаются выстрелами. 3. Лес – объект движется по лесу замедленно, лес частично скрывает объект, выстрел уничтожает сегмент леса 4. Вода – объект не может преодолеть водную преграду, однако снаряд беспрепятственно преодолевает воду. 5. База игрока – несколько выстрелов врага уничтожают базу 6. Два вида танков врага a. Танк первого вида перемещается по карте случайным образом, случайным же образом стреляя b. Танк второго вида перемещается по карте вдоль стен, прицельно стреляя по игроку и, при обнаружении базы, стреляя по ней. При обнаружении игрока танк второго вида пытается преследовать его. 7. Система бонусных объектов a. Бонус, при подборе которого вражеские танки, находящиеся на карте, уничтожаются b. Бонус, добавляющий одну «жизнь» игроку 8. Снаряд
Пример реализации этой учебной игры вы можете найти в одном из следующих занятий.
Вопросы
1. Каковы преимущества сложной системы ИИ, предусматривающей адекватную интерактивную реакцию на различные события игрового мира?
a. Игровые объекты ведут себя естественно b. Производительность игры при такой организации ИИ увеличивается c. Такую систему несложно разработать
2. Можно ли при разработке ИИ создать систему, которая интерактивно реагирует на игровые события, не используя предварительно рассчитанные данные?
a. Да b. Нет
3. Можно ли при разработке ИИ создать систему, которая пользуется исключительно данными, рассчитанными заранее?
a. Да b. Нет
4. Игровой персонаж может содержать реализацию нескольких алгоритмов ИИ, которые применяются в зависимости от текущей игровой ситуации. Какие преимущества имеет такой подход?
a. Сокращается время разработки игры b. Объект может использовать сильные стороны каждого из алгоритмов, в результате его действия выглядят более естественными c. Такой подход не имеет преимуществ
5. Между какими игровыми показателями программист вынужден идти на компромисс при разработке системы ИИ?
a. Красота игрового мира и производительность игры b. Естественность действий персонажей и производительность игры c. Простота разработки и производительность игры
6. Как называется популярный алгоритм поиска кратчайшего пути?
a. A- b. A+ c. A* d. A^
959 Прочтений • [ИИ в компьютерных играх] [08.08.2012] [Комментариев: 0]