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摘要：随着计算机游戏的不断发展,对游戏个性化和用户交互体验的关注使得游戏人工智能技术相关技术的研究和应用成为计算机游戏项目开发中一个非常重要的课题。本文通过研究计算机游戏软件平台上的人工智能技术相关技术,并结合网络环境下的AI决策特点,及针对怪物猎人计算机游戏项目中的策划设计特点,设计并实现了以行为树决策为人工智能技术决策方式、基于导航网格的分层地图寻路、静态环境感知与动态信息计算相结合的游戏人工智能技术系统。
关键词：计算机游戏；人工智能；脚本技术；环境感知；行为树决策
Application of Artificial Intelligence Technology in Computer Game Software
CHEN Yong
(Zhejiang Haohan Energy Technology Co.,Ltd.,Hangzhou Zhejiang 310000)
【Abstract】：With the continuous development of computer games,the attention to game personalization and user interaction experience makes the research and application of game artificial intelligence technology related technologies become a very important topic in the development of computer game projects.In this paper,the platform of artificial intelligence technology,combined with the AI decision characteristics under the network environment,and according to the design characteristics of monster hunter computer game project,design and realize the behavior tree decision of artificial intelligence technology,based on navigation grid layered map routing,static environment perception and dynamic information calculation.
【Key words】：computer games;artificial intelligence;scripting technology;environment perception;behavior tree decision
本文从游戏软件中的人工智能技术出发,通过对人工智能技术系统中的各个模块的算法还有技术的分析,另外对计算机游戏软件中的人工智能技术的应用环境技术逆行分析,结合实际提出改善和优化的建议。此次研究希望给国内游戏软件自研项目提供一些有益的帮助,为国内游戏软件产业的发展和强大尽一份力。
1游戏软件对AI的需求
在计算中,其实和电影的创作原则是一样的,就是希望给玩家真实的体验感、代入感,而这样的代入感需要依靠虚构的故事环境还有故事脚本的创造去实现的。让他们可以在虚拟的环境中和别的玩家互动,不断地去发现游戏中的问题并进行解决,这样可以在和其他角色的竞争中实现自我成长,可以学习到一些知识,获得成就感,其实这种和电影很像,就是过程中可以获得一些精神或者是情感上的共鸣,所以这样的系统利用人工智能技术去实现拟人化是很有必要的。
AI系统,即人工智能(Artificial Intelligence)系统,在人工智能技术中,主要涉及的有两大软件的功能还有模块,首先第一种就是在游戏的场景中一些非游戏的玩家对一些虚拟角色的控制,也就是NPC(Non Playable Character),在很多影视剧中或者电影里面用来推进故事情节发展的,也被称作工具人,他们所做出的一些决策还有行为的控制系统等,主要是包含角色在进行路径移动的时候的一些选择,还有操作中的策略、环境的感知和行为决策等[1]。另外一种人工智能技术的体现其实就是采用了一种隐式的处理方法,比方说在游戏中会根据角色路径实现镜头跟踪、控制等,这个时候采用的就是一种隐式的人工智能处理方式,这也是属于人工智能技术的一种范畴。
2人工智能技术在计算机游戏软件路径搜索和移动中的应用
在计算机游戏软件中,所涉及的路径搜索还有路径的移动,其实就是在游戏中虚拟任务怎样对空间位置进行转移的一种方式。而为了保证游戏场景中人物的移动还有空间的转移是符合物理特性还有基本的规律的,就可以使角色在地面上移动时呈现出真实和智能的感觉,比如角色行走路径选择等,这个时候就需要借助人工智能技术来辅助了,因此,接下来,将对人工智能技术在计算机游戏软件里游戏角色的路径位置转移的应用相关的技术进行讨论[2]。
2.1 A*算法A*(AStar)算法
A*是人工智能技术路径搜索的基本算法,也是许多复杂人工智能技术路径算法的基础算法,在实际的游戏开发中,基于A*的相关寻路算法是集成到人工智能技术[3]。
2.2开放地形中的导航网格
现在三维技术已经在很多的领域得到了应用,游戏中也有很多三维场景,而怎样在三维的场景中实现人物角色的路径搜索还有移动的需求也越来越多,二维地图数据结构和A*算法可以利用导航网格进行处理,导航网格的原理是：即在三维场景中,每一个角色也需要保持站位向上,但是人物重力向下的规律,针对三维场景里面的人物的移动路径,在网格水平的移动可以转换成二维的平面移动,坐标轴Z的高度就可以直接对应到三维的高度,这样游戏场景中角色移动就可以顺利移动,而且导航格本身也是由三角形的顶点进行阻证的,可以让角色移动的A*寻路算法的基础地图数据,所以不论是角色的路径移动还是搜索都有了高效的算法还有基础。
2.3网络环境下的路径搜索和移动策略
现下在很多的Console平台游戏中,很多角色的功能也非常的强大,有很多的技能加身,比方说可以实现飞檐走壁、爬绳子、抓绳索等,和那种只是传统走路的角色相比,在这种类型的角色里面,其实也被设计师赋予了特定的意义,游戏中的每一个场景,路径搜索会用到的地图、每一个几何的面片等都可以给游戏的进行,角色的成长带来很多行为的改变等[4]。现在很多的游戏已经不仅是单纯的路径搜索,在路径搜索中也会交代很多的问题,涉及的信息内容也非常的多。现在在很多的计算机游戏中,涉及的路径搜索功能也逐渐变得越来越复杂,希望可以提升玩家的游戏体验,让玩家有探险,解决问题的快感,但是因为受制于网络环境下C/S架构的限制,所以很多想法也没有办法达到预期。而遇到这种问题的话,则可以利用人工智能技术对游戏中的角色,采用服务端进行管理还有驱动,只要用户发起了路径搜索,服务器就会根据需求进行路径搜索,还会综合考虑到不同的物理位置的所需要的计算机的负载要求,而用户端则比较侧重在静态地图上进行数据查询,而数据查询属于游戏关卡数据包的一部分,是由客户端段本进行管理还有更新的,静态路径的搜索是隶属了客户端的程序；而服务端的路径搜索又部署在总服务器上,如果是比较大型的游戏,可以有服务器群,后台操作系统可以给多个服务器进行维护和管理工作。近些年来,因为网络游戏变得越来越普及,关于游戏客户端的竞争也变得越来越激烈了,而一款叫做微端的瘦客户端技术出现不仅可以提高客户的游戏体验,还能对数据下载进行控制,如果在客户端界面进行下载资源数据,将会对客户端的使用产生影响,而利用瘦客户端技术就可以将所有的路径搜索服务转化到服务器上,这样客户端在游戏时就会更加的简单、轻量,瘦客户端技术中的路径只需部署到服务器就可以运行,比较简便。
3人工智能技术在计算机游戏软件感知和驱动层中的应用
感知与驱动层是指虚拟场景等系统交互层中的游戏人工智能技术系统,从信息流的角度来看,感知层是有意将信息收集和转移到人工智能技术系统的人工智能技术系统,驱动层是在人工智能技术系统性能和反馈的虚拟场景中,前者是输入,后者是输出,它是感知与驱动层的协调,人工智能系统可以平稳运行,人工智能虚拟角色以智能方式与用户互动[5]。
AI对象作为模仿代理,为反映其现实感,在一些游戏的场景中和角色互动中,需要给人一种真实感知的行为特征动作；所谓感知,其实就是需要觉得和周围的环境信息是贴合的,如AI技术人物可以看到前方不远的爬梯并使用,在听到周围出现了炮机声,或者看到敌人出现的时候,可以转换到一种防御状态；行为特征则是指输出人工智能技术的决策结果代理,人工智能控制身体的变化来反映其状态的变化,或者可以采用物理层面的方法对周围环境中的对象行为进行影响或者是改变,相比感知特征,行为特征会更加关注驱动的本身还有环境信息。
4人工智能技术在计算机游戏软件动画控制技术中的应用
动画控制技术其实也是一种人工智能的外在技术表现手段,也是对决策系统决策结果的反映,因此动画控制技术必须要和人工智能技术的决策进程是保持一致的[6]。打个比方,在一个决策系统中有很多个简单的动作状态,像站立、快慢跑、后退、前进等,那么动画系统里面也需要出现这几个动画,在进行游戏的时候,人工智能控制系统制定决策后,动画系统就需要进行画面的切换,在切换的时候会出现一个混合(Blend)的过程,也就是和下个动画播放之间会存在一定的时间差,不会马上切换,需要一个过渡的时间,从动画系统最终的表现上看,动画控制技术在切换时候的一个状态其实和人工智能技术也没有办法完全对应上,动画系统是呈现一种跟随的趋势。在一些传统动画中,动画系统和人工智能技术基本可以对应上的方式使用的还挺多,有一些游戏处于简化网络同步,动画状态和AI状态基本是一致的,这种时候因为只需要传输一种数据,接收端即可被准确同步,且服务器和客户端的状态管理也得到了简化。
通常来说,传统角色动画中需要一个个动画序列来驱动角色身上的所有关节,很明显,角色想要在行进的过程中再去完成一个其他的上身动作等这种并行的任务的时候是非常不利的,因此,现在在很多的动画中也加入分层动画(Layered Animation)的概念。这种设计方式可以将角色任务身上很多不同的关节位置分成不同的组,每个组可以单独播放不同的动画,最后角色的动画则是不同组的动画合成的结果。现在一般游戏的角色分三层：上下半身及面部动画。相应地,在动画分层之后,AI系统也需要分成三个层进行控制,即人工智能技术系统需要输出三套控制变量给不同的动画层,当然实际的情况并不说人工智能技术系统的复杂度提高了三倍,需要有三个独立的人工智能技术决策系统控制三个动画层,事实上人工智能技术系统仍然只有一个主的全身决策系统,上半身和面部表情只是在全身性状态基础上的一些额外分层控制,同时受到全身决策系统的约束。
IK动画(Inverse Kinematic)是利用反向动力学来控制骨骼动画的一种技术。目前在许多动作游戏中应用IK动画的地方较多,典型的应用是在攀爬、搬运、脚与地形高度自适应等一些情形。对于人工智能技术系统来说,AI比较关注的是这些与IK相关的行为动作的起点、终点、活动范围的参数,这些参数既是IK动画的关键约束参数,也是人工智能技术系统决定该行为动作是否应该开始和结束的判定条件。在具体实现中,AI系统主导整个过程,首先人工智能技术系统会根据输入信号和自身状态来决定是否需要进行一次IK动作开始的尝试,然后再根据目标物和角色身上的关联骨骼的相对位置来判断是否符合IK动作起始条件,如果条件满足,则指定部位的动画切换到IK模式并绑定目标物,同时人工智能技术系统状态记录已关联的目标物,并为后续的状态决策做准备。
5结语
AI系统是游戏软件中的一个重要部分,计算机游戏中的人工智能相关技术的研究和应用对游戏内容的质量和用户体验的重要性逐渐被开发团队所关注。本文对游戏软件中人工智能技术系统的基本架构和相关技术进行了分析和研究,总结本论文的主要工作如下：研究了人工智能技术路径搜索和移动中的A*算法和基于导航网格的相关技术,提出了导航网格生成步骤中的优化及扩展开发策略,对网络环境下的路径搜索的服务部署方式、安全性、性能、动态寻路分别结合项目实践进行了研究并提出了相应的开发方法和策略建议。对人工智能技术系统的感知和驱动层进行了研究和分析,根据感知的方式不同,对静态感知和动态感知分别进行了讨论,对基于导航网格的静态环境感知提出了相应的策略,给出了视觉、听觉等动态感知的实现方法；以游戏人工智能技术中的决策系统为例,神经网络、知识学习等传统学术人工智能技术中的研究成果,随着软硬件水平的发展必将会在实时的游戏人工智能技术系统中得以广泛地应用,从而改进目前人工智能技术决策中过于程序化的决策机制,向真正意义的人工智能迈进。
参考文献
[1]周飞,李久艳.人工智能在游戏开发中的应用现状和展望[J].中国管理信息化,2020,23(23):183-185.
[2]周兴华,王传英.人工智能技术在计算机辅助翻译软件中的应用与评价[J].中国翻译,2020,41(5):121-129.
[3]邱雷.游戏智能路径搜索算法研究及其系统开发[D].杭州:浙江工业大学,2020.
[4]李喜英.大数据时代人工智能在计算机网络技术中应用研究[J].网络安全技术与应用,2022(5):74-75.
[5]张春红.大数据时代人工智能技术在计算机网络中的应用[J].科学技术创新,2020(3):90-91.
[6]耿慧勇.人工智能技术对动画创作与传播的影响[J].艺术大观,2021(26):130-131.
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