人工智能论文

滨江学院

课程论文

游戏中的人工智能

院系计算机系

专业计算机科学与技术

学生姓名张旭阳

学号20102308045

课程人工智能

指导教师钟水明

二Ｏ一三年十二月二十日游戏中的人工智能

张旭阳

南京信息工程大学滨江学院，计算机系，江苏南京 210044

摘要：在游戏业长久的发展中，游戏人工智能在不断进步，带给我们一个又一个惊喜。作为一个电脑游戏爱好者以及计算机专业的学生，使得我对游戏人工智能在游戏中的作用，玩家需要什么样的游戏人工智能及未来的人工智能将会是什么样的产生了极大的兴趣。因此我对这方面进行了一些简单的研究。

关键字：人工智能；游戏；发展，非定性

第一章引言

1.1游戏产业的飞速发展

游戏是一项新兴事物，但游戏的发展十分迅速。在国外，游戏开发经历了20余年的风雨，现在已成为一个高技术，高利润和高速发展的行业。在中国，游戏特别是网络游戏，构成了IT行业中新型的利润增长点，中国游戏产业也开始蓬勃发展。由于中国拥有最大数量的游戏玩家和用户，使得中国游戏市场已经成为全球最关注的市场。

1.2游戏离不开人工智能

我们从小就接触了电子游戏，可以说是见证了游戏业的不断发展与进步。我们玩的游戏越来越高级，越来越精彩。从最早的俄罗斯方块，到小霸王，到魔兽，到现在的纷繁的令人眼花缭乱的各种单机游戏以及网络游戏。我们不禁要问：这些游戏吸引我们的是什么，为什么有的游戏经久不衰，令人乐此不疲，一遍又一遍的玩；有的却索然无味，最多玩两遍就不去再碰？毫无疑问，游戏人工智能是极其重要的一个方面。

我们最早开始知道游戏人工智能存在应该是在即时战略类游戏中，与电脑操纵的部队进行战斗。在魔兽争霸出现之前，国外玩家就很热衷于与电脑进行即时战略对战，那类的游戏也是各种各样层出不穷。但当魔兽争霸出现后立即占领了市场，因为它允许玩家进行局域网联机对战，也就是说，玩家更倾向于“与人斗其乐无穷”，而不是那些死板的，摸透了的，低级的“电脑”----它们需要进化。可以看出，正是玩家的需求促使了游戏人工智能的前进。

第二章人工智能概述

人工智能也称机器智能（即Artificial Intelligence，AI），它是计算机科学、控制论、信息论、神经生理学、心理学、语言学等多种学科互相渗透而发展起来的一门综合性学科。从计算机应用系统的角度出发，人工智能是研究如何制造出人造的智能机器或智能系统，来模拟人类智能活动的能力，以延伸人们智能的科学。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式作出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。

对有些人来说人工智能的试金石是看他有多接近人类的智慧，认为在此基础上我们必须要创造出有智慧的机器。有人说需要加入道德和情绪等因素才能体现人类的智慧，而其他人则表示光有根据人们提供的解决问题的方法去解决问题的能力是不够的，正真的智能还需要有学习和适应能力。

能满足以上所有需求的AI被称为一个健壮的AI，而弱AI则涉及更广的应用及技术，它是为了赋予机器智能的属性。

第三章游戏AI介绍

3.1游戏AI概述

游戏AI的定义是非常广泛和灵活的，凡是能够产生适当水平的智能从而让游戏更加逼真，有挑战性，最重要的是使游戏变得更加有趣的东西都可以被当做为游戏AI。一般说来就是指游戏中，计算机控制的非玩家角色能够模拟人类思维或者显示中的其他生物，表现出一定的智能行为，好的AI使游戏变得更加逼真，更加接近现实。

就广义而已，多数游戏软件都有一些人工智能（Aritificial intelligence，AI）的表现形式。例如，多年来开发者利用AI，让无数游戏角色看起来像是有智慧的生命，诸如经典游戏“小精灵”（PAC-MAN）里的魔鬼、“Unreal”第一人称射击游戏（first-person shooter,FPS）里的虚拟队友，以及许多介于两者之间的其他游戏角色。很多类似的游戏和角色都可将之扩大解读为游戏AI的表现形式。甚至在比较传统的科学应用领域里也认为人工智能是真实的。

3.2游戏AI设计的目的

游戏中需要智能角色，这一点是可以理解的，因为他们可以增强游戏的体验并且改善游戏可玩性。非玩家角色不必依赖于一个真实存在的人群，便可以使得单人游戏的实现成为可能，并能改善多人游戏的真实感。游戏中需要用能够帮助自己的同伴、足以致命的武器、特定方式的移动、需要战胜的敌群和背景环境来增强游戏的真实感和复杂感，因此智能NPC 是必不可少的。当然从客观上来看NPC只需要表现一定水平的人工智能，它并不重视NPC 的智能是如何获得的，只要在游戏中看起来是可信的就可以了。

在不同的游戏中，玩家AI的期待的目标是不同的。那些街机游戏或者是俄罗斯方块，玩家不希望有太高AI，这种游戏的问题已经固定。而在另外一些游戏中，情况就大不相同了。对于策略游戏，玩家希望敌方的将领能更聪明，不至于太愚蠢；在角色扮演游戏中，玩家希望进入类似现实世界的的虚拟世界，角色的行动也要模仿真人；而在模拟人生这样的游戏中，就不再是NPC的AI了，而是游戏本身的AI，如果AI太差，要么游戏太容易，要么和真实世界差距太大，这个游戏也就没有什么可玩性了。

具体来说，游戏AI可以在以下三个方面起作用。

3.2.1增加游戏的挑战性

给玩家提供一种合理的挑战是任何计游戏AI的首要目标，如果游戏没有任何挑战性，这个游戏就没有趣味了，就不能称为游戏，而变为一种互动性的电影

AI必须给玩家提供一种有趣的挑战，如果没有AI，那么游戏就像和小孩子下棋一样没有意思，计算机游戏的AI的目标就是为玩家提供有意义的挑战。

而基本上现在的所有的游戏都会包含不同的难度，如简单、普通、困难、史诗，可以适应不同玩家的需求，超高难度的选项也可满足高端玩家挑战极限的意愿。

3.2.2增加游戏的可玩性

玩家希望游戏的AI能给自己带来惊喜，希望游戏AI就像真人一样具备不可确定的动作，用不可预测的方式击败玩家或被玩家击败。当然游戏AI目前还不可能像真人一样和玩家进行交流，因此还无法代替现在的网络游戏的社会模拟功能和趣味。

如果看电影，小说的开头就能预测到故事的精确结局，那么读着体验作品的很大一部分热情就会丧失，计算机游戏也是如此。如果AI也能使得这些东西变的不可预知，这个游戏就可以获得比其他游戏更高的耐玩性，玩家会重复玩它，直到不在有新鲜感为止。游戏的AI始终要给玩家以各种各样的惊喜，吸引玩家的兴趣

比如一些单机游戏中的好感度，声望值等的不同积累，排列组合，可能会对游戏产生众多不同的变数，导致我方反叛，敌方被劝服之类的效果，进而影响游戏的过程及结果。

3.2.3帮助展开游戏情节

如果只是单纯的字幕叙事将会使得游戏过程乏味单调。利用AI可以让玩家自己体会剧情的变化，情况的转变，事态的紧急等等。比如NPC阴郁的神情，古怪的行为、言语可以激发玩家去寻找答案的动力，带着更大的兴趣去进一步探索游戏。尽管情节是固定的，但这样无疑使得整个过程更加丰富饱满。

第四章现有的游戏AI及未来设计方向

4.1现有的一些游戏AI

也许使用最广泛的游戏AI就是欺骗了。比如在一个战争策略型游戏中，电脑控制的军队不用放出侦查兵等东西就能够知道其对手也就是玩家操纵的军队的位置、数量、兵种等一系列的信息。这种形式的欺骗是非常常见的，这样有助于电脑智能的与玩家进行对抗，使得玩家感觉AI是很聪明的，拥有较强的战术性。

此外，不遵守平衡原则的欺骗将使得电脑过于强大，以至于玩家无法战胜电脑。这种欺骗让玩家觉得他的所有努力都是徒劳，这必将让玩家失去对游戏的兴趣。因此欺骗必须要是平衡的，来保持游戏趣味性。

当然，欺骗不是唯一行之有效的人工智能技术。优先状态机也是一种无处不在的游戏AI技术。，但其基本的思想是枚举一系列可控制游戏角色的动作或状态，然后使用if-then条件语句来对这些状态进行转变。

开发者通常使用模糊状态机以减小结果动作的可预见性，并减少枚举大量if-then规则的负担。你不用去定义一个精确的规则，比如在距离=10，健康度=100的情况时然后才进行攻击，模糊状态机将允许你制定一个具有不精确的条件的规则，例如你只需规定在接近并且健

康的情况下然后进行攻击，而到底多接近，健康度是多少这些可以不用精确的定义。

各种各样的游戏中，高效的寻路是NPC要完成的一个基础的任务。在一个战争策略游戏中，一个NPC单位需要完成越过地形和躲避障碍物去接近敌人的行为。在一个第一人称射击类游戏中，被射击的生物，需要穿越地牢或建筑以完成接近或逃离玩家控制的人物的行为。这种脚本情节是非常大量的，这难怪AI开发者对寻路算法给予了极大的关注。

这仅仅是游戏AI技术的一小部分，其他技术还包括插入脚本，规则系统还有一些智能生命技术。

4.2游戏AI未来的设计方向

过去的20年里，游戏中的人工智能已经有了显著的进步。对于当今的游戏开发者们来说，创造一套高效的A.I.系统与创造良好的游戏性和美妙的图像同样重要。各个工作室在游戏开发的初始阶段就开始指派专有的编程团队负责游戏的A.I.设计。他们花费更多的资源和时间打造多样的、有能力且表现良好的非玩家角色（NPCs）。更多的开发商利用高质量的A.I.设计使自己的游戏在竞争日趋白热化的市场中脱颖而出。

在一年一度的游戏开发者大会上，越来越多的开发者开始讨论游戏A.I.设计的发展。游戏界越来越多地认识到A.I.设计对于整个游戏开发过程的重要性。游戏的AI设计发生了翻天覆地的变化。越来越多的设计师抛弃了低水平的脚本设计，转而投入了更先进的“NPC行为系统”的开发。

游戏AI设计已经从过去的“不出大错就算成功”进化到现在的“大多数游戏大作AI表现优秀，其中少数游戏还有创新”，越来越多的开发团队由“状态机器”过渡到了“行为树”和“计划器”。这些在10年前都是闻所未闻的，在当时的硬件条件下也不可能实现。

对于许多AI程序员来说，尽力让NPC的行为与真人接近仍然是首要任务，而未来将改变游戏内的互动方式。

理想的目标是让玩家始终沉浸在游戏中。NPC应该让人觉得是活生生会呼吸的人，而且这种错觉在游戏中不会以任何方式被打破。人类的行为很有趣，像对话这种微妙的互动行为，在未来AI可能会实现。如果能在诸如此类的互动上有所突破，那么游戏中更多的部分将有更强的互动性。说不定会产生全新类型的游戏。

2011年E3游戏展微软专题，我们可以惊喜的从游戏展中看出展出的游戏中的令人激动的游戏AI：与玩家精密配合，动作丰富的队友；直接语音和队友对话指示其行动；施展魔法可以不是按键或点击，而是直接说一个咒语或做一个手势。这一切都令人兴奋不已！

结束语：

通过游戏展我们可以看到游戏AI正在向更高的质量，更适应玩家的需求，给玩家带来非凡体验的方向迅猛发展。也许我们所期待的、理想中的、极大拟人化的游戏AI将会很快得以实现，并且给我们的生活增添更多的快乐与色彩。而游戏AI也将为人类在人工智能方面的研究上添上非常重要的一笔！

参考文献:

[1] Stuart J. Russell / Peter Norvig，《人工智能：一种现代的方法》[M] 北京：清华大学出版社2011

[2]Tom Meigs. 《顶级游戏设计》[M].北京:电子工业出版社,2004年5月

[3]John David Funge. 《人工智能在计算机游戏和动画中的应用——认知建模方法》[M].北京:清华大学出版社,2004年6月

[4]David M. Bourg, Glenn Seeman.《游戏开发中的人工智能》[M].南京:东南大学出版社,2006年9月