ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ КОМПЬЮТЕРНЫХ ИГР

Аннотация. В данной статье рассмотрен пример реализации искусственного интеллекта для управления компьютерным противником в клоне игры «Battle City». Были рассмотрены теоретические вопросы использования искусственного интеллекта в играх, а именно применения конечного автомата при создании компьютерного противника. В итоге для реализации разумного поведения противника были разработаны и исследованы три модели автомата. На основе третьей модели разработана игра “Battle City”.

Введение. При создании компьютерного оппонента в играх возникает необходимость имитации разумного поведения противника для создания более убедительной и правдоподобной игровой ситуации. Основа искусственного интеллекта в играх состоит из базового восприятия и принятия решений. Существуют различные подходы к реализации системы искусственного интеллекта в играх, из которых можно выделить основные: система на основе правил (простейший искусственный интеллект), автомат в качестве искусственного интеллекта. Они в свою очередь различаются по сложности реализации и разумности интеллекта.

Постановка задачи. Необходимо исследовать разные возможности применения искусственного интеллекта для реализации «разумного поведения» противника на примере игры “Battle City”.

Теоретическая часть. Одной из главных проблем при создании компьютерных игр является разработка искусственного интеллекта, способного противостоять человеческому противнику. Компьютер должен принимать осмысленные решения на основе восприятия и оценки обстановки в игре на данный момент. Для решения этой задачи существуют различные методы, один из которых – это метод определения разности координат между объектом, управляемым искусственным интеллектом, и его целью. Кроме того, были изучены подходы к реализации системы искусственного интеллекта: система на основе правил (простейший искусственный интеллект) и автомат в качестве искусственного интеллекта [1].

Их различие состоит в сложности реализации, при этом система на основе правил дальше всего стоит от настоящего искусственного интеллекта. Набор заранее заданных алгоритмов (правил) определяет поведение игровых объектов, но его все равно нельзя назвать интеллектуальным. Пример такого интеллекта в данной игре можно представить в виде алгоритма поиска и стрельбы по игроку «Столкнуться и повернуть», блок-схема которого представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Алгоритм «Столкнуться и повернуть»

Поэтому было решено использовать конечный автомат (машина с конечным числом состояний) для описания логики поведения объекта, обладающего различными состояниями в течение своей жизни и переходящего из одного состояния в другое при определенных условиях. Каждое состояние может представлять физические условия, в которых находится объект, или, например, набор эмоций, выражаемых объектом.

В процессе реализации игры было построено три модели управления поведением танка компьютерного противника. Первые две модели были отклонены по причине того, что движение противника происходило произвольно независимо от ситуации в игре, поэтому он не представлял никакой опасности. Его поведение было предсказуемым и очень далеко от понятия интеллектуальности. В результате была построена третья модель автомата, математическое описание которой представлено ниже:

,

где: A – сам конечный автомат, S – множество состояний автомата, X – условия переходов между состояниями автомата, Z – действия, выполняемые в текущем состоянии,  – граф переходов.

Множество состояний , где:

·      – состояние «Хаотичное движение»;

·      – состояние «Поиск игрока»;

·      – состояние «Поиск базы»;

·      – состояние «Агрессия»;

·      – состояние «Смерть».

Множество условий переходов , где:

·      – истекло время хаотичного движения;

·      – истекло время поиска игрока;

·      – расстояние до противника менее, чем 10 игровых единиц;

·      –уничтожен танк.

Множество алгоритмов (действий) в состояниях , где:

·      – произвольное движение танка;

·      – поиск игрока, по рисунку 5;

·      – поиск базы, по рисунку 5;

·      – стрельба в противника;

·       – отсутствие действий.

На рисунке 2 приведен граф переходов автомата, управляющего танками компьютерного противника в игре “Battle City”.

Рисунок 2. Граф переходов автомата

Здесь можно выделить три основных состояния объекта: хаотичное передвижение, поиск игрока и уничтожение базы. Автомат управляет поведением танков противника: в зависимости от текущей игровой ситуации танк получает команды по передвижению. Например, если расстояние до противника составляет менее, чем 10 игровых единиц (), то танк из любого состояния переходит в состояние «Агрессия», где выполняется алгоритм  – стрельба в противника. Данный способ реализации искусственного интеллекта больше напоминает поведение реального противника по сравнению со способом, основанным на правилах.

Реализация модели. Представленная модель реализована в клоне игры “Battle City” на языке С++ в среде разработки Visual Studio 2015 и выполнена для семейства ОС Windows. В игре реализовано несколько уровней, возможность игры одним или двумя игроками, сохранение результатов. Тестирование показало полную работоспособность всех игровых элементов, помогающих в создании игровой атмосферы, то есть ее играбельность. На рисунке 3 представлен скриншот экрана игры.

Рисунок 3. Пример интерфейса игры

В заключение можно сказать, что использование конечного автомата для управления поведением объекта в качестве искусственного интеллекта позволило сымитировать разумное поведение противника и создать для игрока более убедительную и правдоподобную игровую ситуацию. Но необходимо отметить, что существуют более сложные и лучшие алгоритмы по реализации искусственного интеллекта в играх. Например, адаптивные алгоритмы или алгоритмы с предсказыванием.