人工智能在游戲開發(fā)中的應(yīng)用現(xiàn)狀和展望

周飛 李久艷

[摘 ? ?要] 視頻游戲誕生發(fā)展至今，其畫面不斷進(jìn)化，但游戲內(nèi)人工智能并未持續(xù)深入發(fā)展。究其原因，主要由于當(dāng)前游戲設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是創(chuàng)造可信的幻覺而非創(chuàng)造智能，而游戲開發(fā)商更青睞可控的人工智能。然而隨著機(jī)器學(xué)習(xí)的進(jìn)一步發(fā)展，游戲的開發(fā)和玩法模式勢(shì)必將會(huì)發(fā)生更深遠(yuǎn)的變化。文章分析了人工智能在游戲開發(fā)中的歷史和現(xiàn)狀，并提出了在未來，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的人工智能技術(shù)對(duì)游戲開發(fā)可能帶來的變化和影響，包括智能化的游戲設(shè)計(jì)、智能化的迭代和后續(xù)開發(fā)策略生成及執(zhí)行能力、高度智能化角色、動(dòng)態(tài)自適應(yīng)和不斷變化的游戲體驗(yàn)。

[關(guān)鍵詞] 機(jī)器學(xué)習(xí);人工智能;游戲開發(fā);智能計(jì)算

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 23. 076

[中圖分類號(hào)] TP315 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] ?A ? ? ?[文章編號(hào)] ?1673 - 0194（2020）23- 0183- 03

0 ? ? ?引 ? ?言

試想從現(xiàn)在起的10年甚至20年后，理想化的、尚未實(shí)現(xiàn)的互動(dòng)娛樂作品可能是什么樣的？很可能和奧森·斯科特·卡德（Orson Scott Card）的科幻經(jīng)典《艾德的游戲》中的軟件“思維游戲”極為相似。游戲具有無窮無盡的程序性，可以動(dòng)態(tài)生成環(huán)境和情況，并允許玩家在虛擬世界中執(zhí)行他們?cè)谡鎸?shí)世界中可以執(zhí)行的任何動(dòng)作。 進(jìn)一步，它響應(yīng)玩家的情緒和心理狀態(tài)，適應(yīng)且響應(yīng)人類行為，并隨著時(shí)間而發(fā)展。有時(shí)候，“思維游戲”甚至?xí)猛婕业挠洃泚砩筛鶕?jù)玩家過去經(jīng)歷量身定制的整個(gè)游戲世界。

1 ? ? ?傳統(tǒng)游戲內(nèi)的人工智能并未引入機(jī)器學(xué)習(xí)

現(xiàn)在，商業(yè)游戲內(nèi)的人工智能類型與作為玩家玩游戲的人工智能類型（旨在超越人類，具備機(jī)器學(xué)習(xí)能力）之間存在明顯的區(qū)別。近年來，后者的研究一直在加速。例如谷歌公司的DeepMind，研究人員正在努力教授這些人工智能如何玩更復(fù)雜的視頻游戲。 其中包括從中國(guó)圍棋到復(fù)雜的電子競(jìng)技游戲，如Dota2[1]。相對(duì)的，游戲內(nèi)的人工智能則并沒發(fā)生太多變化。

而在電子游戲領(lǐng)域，開發(fā)人員數(shù)十年來一直以獨(dú)特而有趣的方式使用和發(fā)展用于游戲內(nèi)的人工智能算法，但游戲內(nèi)人工智能發(fā)展到一定階段后，雖然游戲畫面發(fā)生了巨大變化，但是那些經(jīng)典和新品游戲之間的差異并不像看起來那樣劇烈。

游戲內(nèi)人工智能底層技術(shù)并未發(fā)生根本變化。缺乏重大的飛躍是由于以下事實(shí)：用于控制這些虛擬實(shí)體行為的基本人工智能和為程序生成工具提供動(dòng)力的人工智能多年來沒有發(fā)生根本變化。商業(yè)游戲人工智能的兩個(gè)核心要素是尋路和有限狀態(tài)機(jī)。如何找到從A點(diǎn)到B點(diǎn)的路徑，并且已在所有游戲中使用。有限狀態(tài)機(jī)是一種結(jié)構(gòu)，其中不可玩角色（NPC）可以處于不同狀態(tài)并在它們之間移動(dòng)。 現(xiàn)代游戲正在使用這些技術(shù)的變體。當(dāng)然，商業(yè)游戲中的人工智能要比這復(fù)雜得多，但大多是基于這些基本原理演變出的不同版本。

2 ? ? ?游戲開發(fā)商更青睞可控的人工智能

為什么大多數(shù)游戲沒有采用這種尖端的人工智能。那是因?yàn)檎嬲淖詫W(xué)軟件可能會(huì)使大多數(shù)游戲無法玩，讓游戲行為無法預(yù)測(cè)甚至導(dǎo)致敘事的崩潰。游戲開發(fā)商傾向于優(yōu)先考慮我們可以預(yù)測(cè)的動(dòng)作類型。 即使人工智能做無法預(yù)測(cè)的事情非常有趣，但對(duì)于玩家來說卻不一定超級(jí)有趣。游戲中的大多數(shù)人工智能都等同于“煙和鏡子”，其精巧程度足以使玩家認(rèn)為自己正在與智能事物進(jìn)行交互，但又具有足夠的控制性和可預(yù)測(cè)性，可以防止一切脫離正常。高級(jí)的人工智能擁有更加優(yōu)良的原始計(jì)算能力，或機(jī)器得面向解決方案的思維，或諸如此類的事情，但是在游戲中，設(shè)計(jì)師幾乎根本不重視它。游戲設(shè)計(jì)師真正想要的是讓玩家擁有良好的體驗(yàn)。

經(jīng)過機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練的人工智能應(yīng)用程序，除了最狹窄的商業(yè)應(yīng)用程序（如預(yù)測(cè)性文本和圖像搜索）之外，目前太不可預(yù)測(cè)了，無法在視頻游戲中使用。想象一下一個(gè)虛擬世界，其中每個(gè)角色都將您想成是一個(gè)混蛋或罪犯，并表現(xiàn)出敵對(duì)態(tài)度，或者是游戲故事情節(jié)中不可玩的角色，永遠(yuǎn)不會(huì)最終采取必要的行動(dòng)來達(dá)到下一個(gè)關(guān)卡或進(jìn)行關(guān)鍵任務(wù)。通常，在設(shè)計(jì)游戲時(shí)，設(shè)計(jì)師希望為玩家設(shè)計(jì)一種體驗(yàn)。設(shè)計(jì)師想知道玩家到達(dá)游戲中這一點(diǎn)時(shí)會(huì)經(jīng)歷什么。為此，如果要放置一個(gè)人工智能，則希望該人工智能是可預(yù)測(cè)的。 現(xiàn)在，如果在那里擁有深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和進(jìn)化計(jì)算，它可能會(huì)帶來設(shè)計(jì)師從未想到的東西。

3 ? ? ?當(dāng)前游戲設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是創(chuàng)造可信的幻覺，而非創(chuàng)造智能

游戲開發(fā)人員變得特別善于使用傳統(tǒng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)智能的幻覺，而實(shí)現(xiàn)這種幻覺一直是重點(diǎn)。 游戲開發(fā)商非常擅長(zhǎng)利用技術(shù)，他們意識(shí)到他們無法創(chuàng)造出完全智能的生物， 因此，替代方案被創(chuàng)造出來。例如在Bungie工作室開發(fā)的《F.E.A.R.》中，敵人會(huì)說出控制其行為的路徑規(guī)劃算法，但開發(fā)人員將其裝扮成現(xiàn)實(shí)主義元素。士兵會(huì)向同伴大喊大叫，以告訴他們何時(shí)進(jìn)行側(cè)翼，而如果您特別擅長(zhǎng)將其擊落，則其他人會(huì)要求提供支援。游戲中最好的人工智能是玩家沒有注意到的人工智能。設(shè)計(jì)師所做的只是添加了語音剪輯，讓玩家感到角色行為的意義并且認(rèn)為這是敵方角色的戰(zhàn)術(shù)技巧。這些人工智能不精巧，但卻完全讓人認(rèn)為自己觀察的東西有自己的想法。這就是游戲設(shè)計(jì)的核心。

除此之外，大型游戲使用復(fù)雜的系統(tǒng)創(chuàng)造獨(dú)特隨機(jī)事件，從而產(chǎn)生令人信服的幻想。當(dāng)這些復(fù)雜的系統(tǒng)發(fā)生碰撞時(shí)，它們會(huì)導(dǎo)致意想不到的后果。無論是Rock star公司開發(fā)的《荒野大救贖2》中某個(gè)玩家向天空發(fā)射警告槍而只是無意中射中了鳥這樣的偶發(fā)事件可能只發(fā)生在一個(gè)玩家身上的情形，還是任天堂游戲公司的《塞爾達(dá)傳說：荒野之息》中玩家裝備一把燃燒的劍，就能防止寒冷的天氣影響健康值的情形。玩家能夠在游戲中復(fù)雜的系統(tǒng)和大量規(guī)則下，不斷探索出新的規(guī)則反饋。無論這些組件真正的智能程度如何，這種人工智能旨在建立一種真實(shí)感，但不會(huì)導(dǎo)致游戲破局;所以這是大多數(shù)開發(fā)人員都試圖實(shí)現(xiàn)的一種身臨其境的世界構(gòu)建方式。

4 ? ? ?基于機(jī)器學(xué)習(xí)的人工智能在游戲開發(fā)中的應(yīng)用展望

基于機(jī)器學(xué)習(xí)的人工智能在游戲開發(fā)中的應(yīng)用也正在逐步探索中。 目前，在使用這類人工智能創(chuàng)造游戲美術(shù)以及在使用之中將程序生成和自動(dòng)化游戲設(shè)計(jì)推向新高度方面，已經(jīng)取得了進(jìn)展。歸納起來可以有以下應(yīng)用方向。

4.1 ? 智能化游戲設(shè)計(jì)

它可以幫助設(shè)計(jì)師和開發(fā)人員完成人的工作[2]，創(chuàng)造藝術(shù)資產(chǎn)，設(shè)計(jì)關(guān)卡，甚至從頭開始構(gòu)建整個(gè)游戲。設(shè)計(jì)者將看到可以讓您坐下來幾乎無需思考就可以制作游戲的工具。設(shè)計(jì)者工作時(shí)，系統(tǒng)會(huì)向其推薦東西。理解推斷判斷是人工智能的強(qiáng)項(xiàng)[3]。這種工具的結(jié)果是，較小的團(tuán)隊(duì)可以制作更大、更復(fù)雜的游戲。此外，在制作開放世界環(huán)境以及創(chuàng)建更接近于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界復(fù)雜性的模擬和系統(tǒng)時(shí)，大型工作室可能會(huì)挑戰(zhàn)極限。制作游戲會(huì)容易得多，制作者可以做更大的游戲，這些開放世界的游戲?qū)⒆兊酶螅⑶矣螒蛞?guī)則系統(tǒng)是可變的，每次玩時(shí)規(guī)則都不相同，不同玩家終端計(jì)算機(jī)之間甚至都不一樣。這種適應(yīng)性強(qiáng)，不斷發(fā)展的游戲設(shè)計(jì)可能會(huì)成為游戲開發(fā)的未來。

自動(dòng)化游戲設(shè)計(jì)中真正令人興奮的部分是直到玩家停止玩游戲才完成游戲的這種設(shè)計(jì)。有時(shí)甚至可以做到，在某款這類游戲中，軟件可以使用玩家提供的個(gè)人信息，在玩家的家里創(chuàng)建一款游戲，或者根據(jù)玩家的朋友或家人來制作角色。

4.2 ? 智能化游戲測(cè)試和后續(xù)迭代開發(fā)策略生成

目前高級(jí)人工智能的角色，并不是在游戲中充當(dāng)游戲內(nèi)人工智能，而是取代真人玩家去玩游戲，對(duì)游戲本身進(jìn)行測(cè)試。游戲軟件也充當(dāng)了一種訓(xùn)練高級(jí)人工智能的工具。人工智能研究人員主要將游戲作為衡量軟件智能水平的一種方法，因?yàn)榫哂袊?yán)格的規(guī)則和獎(jiǎng)勵(lì)系統(tǒng)的虛擬世界是訓(xùn)練某款軟件的特別有用的環(huán)境。希望通過教軟件玩游戲，人類研究人員可以了解將來如何訓(xùn)練人工智能執(zhí)行更復(fù)雜的任務(wù)。

在不久的將來，人工智能可能會(huì)幫助開發(fā)人員在游戲發(fā)布之前對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，公司可以依靠人工智能代理用更快的速度測(cè)試軟件來發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并消除游戲中的缺陷。機(jī)器學(xué)習(xí)和其他技術(shù)是用于游戲內(nèi)分析的必不可少的數(shù)據(jù)挖掘工具，因此游戲工作室可以研究玩家的行為并破譯新見解，以隨著時(shí)間的推移改進(jìn)游戲。

4.3 ? 高度智能化游戲角色

當(dāng)然，高級(jí)人工智能在這一領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵將是一個(gè)真正的由人工智能驅(qū)動(dòng)的游戲角色，或者是一個(gè)總體的游戲設(shè)計(jì)人工智能系統(tǒng)，它可以像人類在玩耍時(shí)一樣發(fā)生變化、成長(zhǎng)和做出反應(yīng)。 很容易推測(cè)出它是多么沉浸，或者反烏托邦，無論它是類似于“思維游戲”，還是像科幻電影，有感情的外星人物電影制片人和藝術(shù)家——大衛(wèi)·奧萊利為科幻電影《 Her》創(chuàng)作的東西。但是將控制權(quán)移交給智能軟件系統(tǒng)可能會(huì)從根本上改變我們對(duì)游戲本質(zhì)的看法。創(chuàng)建實(shí)際上可以成為游戲大師的人工智能確實(shí)令人著迷。 玩家擁有的人工智能不僅可以為其游戲服務(wù)，還可以根據(jù)玩家的需要更改游戲。

4.4 ? 適應(yīng)動(dòng)態(tài)和不斷變化的游戲體驗(yàn)

對(duì)未來的展望中最令人興奮的元素可能不僅是軟件在構(gòu)建游戲的藝術(shù)過程中發(fā)揮的創(chuàng)造性作用，而且這種技術(shù)可以創(chuàng)造出千變?nèi)f化的、量身定制的體驗(yàn)，永遠(yuǎn)不會(huì)枯燥。通常玩家第一次玩自己喜歡的游戲時(shí)，只會(huì)獲得一次這種初次游戲的體驗(yàn)，無法復(fù)制這種感覺。 玩家可以作為專家回去重玩，但不能作為新手回去。但是自動(dòng)化的游戲設(shè)計(jì)可以使玩家獲得多次體驗(yàn)，因?yàn)樵撚螒蚩梢圆粩嘀匦略O(shè)計(jì)并刷新。它不只是一種新游，也是玩游戲的全新概念。

5 ? ? ?小 ? ?結(jié)

雖然當(dāng)前最前沿的人工智能技術(shù)并未被廣泛應(yīng)用于游戲開發(fā)，但是相信不久的將來，游戲設(shè)計(jì)必然被這些技術(shù)影響和改變。目前傳統(tǒng)的游戲內(nèi)人工智能仍能夠較好地完成開發(fā)商賦予的使命，通過和其他的視聽交互手段結(jié)合，創(chuàng)造逼真的智能幻覺。然而，當(dāng)最新的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的人工智能介入游戲開發(fā)之后，未來的游戲開發(fā)模式、游戲玩法、游戲體驗(yàn)終將隨之發(fā)生創(chuàng)新和變革。

主要參考文獻(xiàn)

[1]王飛躍.人工智能在多角色游戲中獲勝[J].中國(guó)科學(xué)基金，2020，34（2）：205-206.

[2]袁云佳.人工智能的發(fā)展與應(yīng)用綜述[J].科技風(fēng)，2020（17）：25-26.

[3]楊守森.人工智能與文藝創(chuàng)作[J].河南社會(huì)科學(xué)，2011，19（1）：188-193.