人工智能在游戏中的应用

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1、人工智能在游戏中的应用人工智能(Artificial Intelligence) ，英文缩写为 AI。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做出反应的智能机器，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，研究成果已经广泛地用于了各行各业，当然也包括游戏。人工智能（简称 AI）是一门综合性学科，旨在研究如何利用计算机等现代化工具种系统来模仿人类的智能行为。游戏中的人工智能（简称游戏 AI）可以理解为所有由计算机在游戏中所做的

2、“思考” ，它使得游戏表现出与人的智能行为、活动相类似，或者与玩家的思维、感知相符合的特性。在电脑游戏的设计和开发中应用人工智能技术，可以提高游戏的可玩性，改善游戏开发的过程，甚至会改变游戏的制作方式。游戏人工智能是人工智能科学技术领域一个新兴的、活跃的学科分支，是计算机游戏和人工智能相结合的产物。人工智能是近几年游戏业界的焦点所在，随着人工智能理论研究的进展，许多现代游戏都具有了很多的智能成分。而采用大量的游戏人工智能显然是使你的游戏鹤立鸡群的重要手段之一，高质量的游戏 AI 已经不再是为提高游戏运行速度才予以考虑的东西，它现在已是和图形或声音一样，成为游戏设计过程的极为重要的一个部分，它是

3、促进还是阻碍游戏产品畅销的一个决定性因素 1。目前，越来越多的游戏公司宣称他们的游戏开发项目中包括至少一名专业 AI 程序员，而越来越多的游戏开发者正竭尽所能研究新的 AI 技术，以藉此构筑更好、更聪明的游戏 AI。他们想要探索新的理念，使AI 技术进入下一代，到那时， AI 不仅是要创造有趣的游戏对手，而且还要使这个对手能够与玩家交谈，能和众多的在线冒险家周旋，能在一个一个的游戏中不断学习，使它在下一轮的游戏中变得更加聪明机智。目前，游戏开发中的人工智能正处于一场革命之中，人工智能的迅速发展必将推动整个游戏产业的飞速发展。我们玩电脑游戏，主要是为了得到一种放松、一种享受、以及在现实生活中无法

4、得到的一种快感。这需要电脑游戏能制作得符合玩家的口味，游戏的主题能够吸引玩家深入，游戏的规则和结果能够使得玩家满意。而在这一切中，人工智能技术扮演了相当重要的角色。1. 电脑游戏与人工智能的关系电脑游戏从诞生以来，由于其强大的模拟现实作用，越来越受到人们的喜爱。随着现代计算机、网络、虚拟现实、人工智能等技术的发展，游戏的拟人化越来越逼真。高度的拟人化使得现代电脑游戏能够模仿人类社会中的各种情形，并把这些情形通过视觉、听觉、甚至触觉等多种感官反映到人的大脑，从而对人们的现实生活产生巨大冲击。无论是什么游戏，游戏玩家都希望在游戏中能够体验到现实中无法体验到的刺激，得到现实中无法得到的满足。这些刺激

5、和满足主要表现在特定的挑战、社会化、幻想、情感等方面。电脑游戏中的人工智能从功能上可分为个体智能系统和群体智能系统。个体智能系统主要控制游戏世界中虚拟人物的活动，它们在游戏中充当非玩家的各种角色，包括玩家的敌人、合作伙伴和其它人物角色等。对于这些类型的实体，要想比较真实地对它们进行模拟，必须通过人工智能控制它们的行为符合它们各自特定的身份。群体智能系统则主要为某个系统的多个个体或者环境活动提供控制和辅助决策。例如，战略游戏中的战斗形势判断、整个战斗策略推理、各个战斗部队调动等。目前，大部分电脑游戏都使用了人工智能，作为游戏的核心，人工智能能提供更多、更为真实的游戏挑战，激发玩家的兴趣。另外，人

6、工智能在游戏可玩性方面往往也起着决定性因素，把人工智能应用于游戏中，会使玩家感觉到游戏中的人物行为具有令人信服的合理性，从而吸引玩家，并有效促进游戏开发的成功。人们在玩电脑游戏的时候，也希望游戏中的其他角色能够拥有某些程度上的智能。这些智能可以使得人们能够在游戏的同时得到满足，它可以使人在进行游戏中不觉得孤单。然而，这种智能必须得到控制。如果游戏中的机器角色的智能明显高于玩家的能力，玩家会有很强烈的挫败感，之后便会放弃这样的游戏。所以，人工愚蠢(Artificial Stupidity)技术也是必不可少的。在游戏中，太强或太弱的人工智能都是不合适的。那何种程度的人工智能才是合适的呢？回答这个问

7、题首先要考虑怎样的机器可以算作智能机器。这里就不能不提人工智能之父图灵。图灵在 1950 年提出了“图灵实验”的概念，他认为能够通过图灵实验的机器是具有智能的。其实，在游戏中也是一样的。 “图灵实验”在游戏中可以这样描述：当玩家和其他玩家同诸多机器在同时游戏时，如果这个玩家通过游戏规则中的任何方式都无法分辨游戏中的其他角色哪个是其他玩家，哪个是机器的线程，那么我们可以说这个游戏通过了“游戏中的图灵测试” 。一般来说，通过了“游戏中的图灵测试”的游戏是最适合玩家娱乐的。最近网络游戏大量流行，我觉得，网络游戏也许是人工智能最佳的实验场合。因为网游是现实社会的一个简化版本，这在里，大量需要各种处理问

8、题的知识与技巧，需要各种类型的知识表示与处理结构，其复杂度远比操作系统或编译原理要高得多。在网游中，目前人工智能的应用主要集中在外挂上，在游戏开发者手里，人工智能反而应用的不多，最多只有寻径算法等少数算法，而外挂中，各种自动化技术的应用，可以明显将玩家从复杂的操作中解放出来。可以这么说，任何正常玩家能够实现的功能，外挂全都可以实现，除非玩家本身就不知道如何玩。外挂不但可以模拟单个玩家的行为，甚至可以模拟团队活动。所以说，外挂在表达智能行为方面是足够的。在知识表示、知识发现与知识传播等等方面也远比现实中要简单的多。我们甚至可以这样改进图灵实验，如果在网游中，你不能成功区别哪些角色是普通玩家，哪些

9、又是外挂角色的话，那么就可以认为该外挂掌握了足够的智能了。一个游戏 AI 系统可以分为以下几个部分感知输入子系统：它是游戏AI系统的最基本部分。所有AI系统都必须能感知它们周围的世界，才能使用这些信息作进一步的推理和分析。周围世界中哪些信息在何种程度和范围内被感知，取决于正在开发的游戏类型。记忆存储子系统：它负责将所有感知的信息、数据和知识等，以合适的方式在计算机内表达和存储。游戏中感知数据和知识的存储是一个较为复杂的过程，很多数据并不是按一种直接的方式存储。分析推理子系统：它使游戏AI系统的核心。它通过感知到的数据和存储记忆体中的知识分析当前的状况，并做出一个合理的决策。做出决策的快慢取决于

10、可选择的决策数目的多少，以及所需要考虑的感知信息的多少。决策行为子系统：它主要负责把计算机做出的各种决策和行为，作用到游戏世界中的人物角色上。在游戏开发中，人工智能最终都要通过各种动作、行为和反应表现出来，这样玩家在游戏中才能实实在在地感受真实的智能。2. 人工智能在游戏中的应用人工智能在游戏中的目标主要有五个：一是为玩家提供适合的挑战；二是使玩家处于亢奋状态；三是提供不可预知性结果；四是帮助完成游戏的故事情节；五是创造一个生动的世界。这个生动的世界可以是类似现实生活中的世界，也可以是与现实世界完全不同的世界。但不管何种世界都要求有一整套能够自圆其说的游戏规则。在游戏制作过程中，实现人工智能的

11、关键主要有：虚拟现实与拟人化、动画效果与机器角色场景感知、机器角色的机器学习和进化、玩家与机器角色之间的平衡性、人工愚蠢技术、确定性人工智能技术与非确定性人工智能技术的互补。人工智能在游戏中应用的技术非常之多，如：有限状态自动机(Finite State Machines)、模糊逻辑(Fuzzy Logic)、产生式系统（production system） 、脚本设计(Scripting)、基于规则的人工智能和系统(Rules-based AI and Systems)、贝叶斯推论(Bayesian Inference)和非确定性贝叶斯网络(Bayesian Networks for Unc

12、ertainty Decisions)、人工生命(Artificial life)、决策树（Decision Tree） 、专家系统（Expert system） 、神经网络 (Neural Networks)、遗传算法(Genetic Algorithms)等。限于文章篇幅，下面只具体介绍这八种较容易理解的技术：有限状态自动机、模糊逻辑、产生式系统、决策树、人工生命、专家系统、神经网络和遗传算法。2.1 有限状态自动机有 限 状 态 自 动 机 （ FSM finite state machine） 是 为 研 究 有 限 内 存 的 计 算 过 程 和 某些 语 言 类 而 抽 象 出 的

13、 一 种 计 算 模 型 。 有 限 状 态 自 动 机 拥 有 有 限 数 量 的 状 态 ， 每 个 状 态 可以 迁 移 到 零 个 或 多 个 状 态 ， 输 入 字 串 决 定 执 行 哪 个 状 态 的 迁 移 。 有 限 状 态 自 动 机 可 以 表示 为 一 个 有 向 图 。 有限状态机也是计算机游戏中应用普遍的人工智能模型。通常，这类系统描述了一个事件驱动系统模型，易于规则表达。一般的，状态机可以用状态转移图的方式描绘。其中的节点表示不同的状态，不同状态之问由于触发条件而发生转换，用弧线表示。状态转换的条件写在弧线上方，旁边是当转换发生时的可能输出。有 限 状 态 自 动

14、 机 有 多 种 类 型 ： 接 受 器 判 断 是 否 接 受 输 入 ； 转 换 器 对 给 定 输 入 产 生 一个 输 出 。 常 见 的 转 换 器 有 Moor 机 与 Mealy 机 。 Moore 机 对 每 一 个 状 态 都 附 加 有 输 出动 作 ， Mealy 机 对 每 一 个 转 移 都 附 加 有 输 出 动 作 。 有 限 状 态 自 动 机 还 可 以 分 成 确 定 与 非 确 定 两 种 。 非 确 定 有 限 状 态 自 动 机 可 以 转 化 为确 定 有 限 状 态 自 动 机 。 有 限 状 态 自 动 机 识 别 的 语 言 是 正 规 语 言

15、 。 有 限 状 态 自 动 机 除 了 它 在 理 论 上 的 价 值， 还 在 数 字 电 路 设 计 、 词 法 分 析 、 文 本 编 辑 器 程 序 等 领 域 得 到 了 应 用 。 图2为吃豆游戏PacMan中Ghost的有限状态机实例。死亡逃离玩家追逐玩家（主状态）复活四处游走玩家再生玩家死亡玩家吃掉能量球 能量球耗尽玩家吃掉Ghost变成阴暗返回中央走出房间有限状态机在游戏中可以构成管理游戏世界（Game world）的基础，模拟NPC的情绪状态 3，维持游戏的状态，分析玩家的输入，或者管理对象的状态。就有限状态机的实现上，文献4给出了一个有限状态机的C+类实现。此外，由于状

16、态机的滥用，可能导致程序可读性差，调试困难，性能下降。针对这个问题，SteveRabin 5提出一种以简单语言来组织有限状态机的鲁棒方法。继而，文献 6将该方法拓展，用消息机制考虑了人工智能对象间通信的问题，包括状态机之间的切换、同步等。作为一般有限状态机的扩展，模糊状态机(Fuzzy State Machine，ieFuSM)也是较为常用的模型 7。这种模型可以实现不可预测的行为，即游戏每次都有可能产生不同的行为结果，从而为玩家提供更多乐趣，也具有更大的重玩可能性。这也是智能行为的一种表现。模糊状态机的典型运用包含NPC或玩家角色的生命值定义，赛车游戏中汽车的加速与制动 8，NPC情绪的模糊状态等。文献 9给出了一个通用的C+模糊状态机设计。与一般状态机类似，模糊状态机也存在模糊状态增加而导致的组合爆炸。文献 10提出了Combs方法用于解决组合爆炸问题。传统系统中的规则通常考虑输入集合的组合同输出之间的关系，而Combs则考虑各个集合同输出之间的关系，每次为一个变量创建规则。2.2 模 糊