IA en VideojuegosJosé Carlos Cortizo Pérez

CTO Social Gaming Platform

José Carlos CortizoMi relación con la IA y los videojuegos

José Carlos Cortizo

• Cofundador y CTO de

• AINetSolutions

• Social Gaming Platform

• Profesor e investigador en la UEM

• Sistemas Inteligentes (IA, Minería de Datos, Sistemas de Recomendación, etc.)

I+D (Universidad)

• 10 proyectos nacionales/europeos

• MAVIR/MAVIR2

• ISSE/SINAMED

• ASTROCAM/MEIGA/TECAD-F

• MOBIHELP

• 25 publicaciones en congresos y revistas

I+D (Empresa)

• Sistemas de Recomendación

• Integrando contenidos, filt. colaborativo y elementos sociales

• Escalables, flexibles y generales

• Otros SINS (Social INtelligent Systems)

Workshops

• 1st International Workshop on Mining Social Media (CAEPIA 2009); 2ª edición

• 1st Int. Workshop on Adaptation, Personalization and REcommendation in the Social-semantic Web

• PLN en empresas: visionando los próximos 10 años -> SEPLN 2010

Wipley

• Red Social de Videojugadores

• Además, “campo de pruebas” para nuestra tecnología

• El campo de los videojuegos es muy “peculiar” -> Multidimensionalidad, recencia, etc.

Más sobre mi

• Blog/Página personal: http://www.josek.net

• Twitter: @josek_net

IA y VideojuegosEntramos en faena :D

Objetivos del curso¿Qué podéis esperar de este mini-curso?

Objetivos

• Panorámica de la IA

• Aplicaciones básicas en videojuegos

• Posibles aplicaciones avanzadas

• Guía/referencia para aplicar en vuestros juegos

Qué no esperar

• Un curso “estándar” sobre IA

• Estudiar a fondo la integración de IA en videojuegos

• Desarrollar nuevas técnicas de IA para videojuegos

Organización temporal

• 3 clases

• Clase 1: IA y videojuegos (panorámica)

• Clase 2: ¿Qué IA aplicar en vuestros juegos?

• Clase 3: Profundizamos sobre las técnicas que elijáis

Orígenes

Orígenes

• Ajedrez/damas/juegos “de mesa” y lógica

• Arthur Samuel 1959: “Some Studies in Machine Learning Using the Game of Checkers”• http://www.research.ibm.com/journal/rd/033/ibmrd0303B.pdf

Orígenes

• Años 70: juegos para 1 jugador

• Qwak, Pursuit, hunt the Wumpus, Star Trek

• Movimientos de los enemigos almacenados

• Con la aparición de microprocesadores, se añadió cierta aleatoriedad a los movimientos

Orígenes

• Space Invaders (1978) y Galaxian (1979) utilizan funciones hash en basadas en las acciones del jugador) para añadir complejidad

• Pac-Man (1980) y Karate Champ (1984) añadían a ésto ciertas “personalidades” en los enemigos

Pregunta 1

• ¿Cómo diseñarías una IA distinta para cada enemigo en el PacMan?

Orígenes

• Madden Football o Earl Weaver Baseball trataban de “replicar” el estilo de juego de una “celebridad”

• Juegos posteriores añadieron variables a la IA para producir estilos de juegos más adaptados

El “boom” de los 90

• Los años 90 supusieron un boom en cuanto a nuevos géneros de videojuegos y con ellos nuevas técnicas de IA

• Máquinas finitas de estados, búsqueda de caminos, decisiones en tiempo real, planificación, etc.

Y avanzando...

• Juegos como Battlecruiser 3000AD (1996) añadieron la aplicación de redes neuronales

• Creatures o Black & White son ejemplos de comportamientos emergentes

Última década +/-

• GoldenEye 007 fue el primer FPS en utilizar IA que reaccionara a los movimientos y acciones de los jugadores

• Half-Life (1998) mostraba enemigos que trabajaban juntos para buscar al jugador, se cubrían entre ellos, etc.

Última década +/-

• Halo (2001) permitía a su IA utilizar vehículas y otras acciones tácticas. La IA podía reconocer amenazas (granadas, vehículos) y actuar en consecuencia

Última década +/-

• En Far Cry (2004) los enemigos reaccionaban al estilo de juego del jugador, así como empleaban tácticas militares. La IA no usaba “trucos” como el conocer la posición real del jugador, si no que almacenaban la última posición conocida.

Lo más reciente

• F.E.A.R. (2005) fue el primer juego en emplear planificación en tiempo real para controlar la IA.

• GOAP (Goal-Oriented Action Planning) le permitía adaptarse al comportamiento de forma dinámica.

Lo más reciente

• Left 4 Dead (2008) genera de forma procedural diferentes experiencias para los usuarios cada vez que juegan.

• La IA analiza cómo ha jugado el jugador y trata de añadir “eventos” que les ofrezcan cierta sensación de “narrativa”

Más allá

• La IA no solo está “dentro” de los videojuegos

• Project Natal es un ejemplo de aplicación de IA en videojuegos

• También existen sistemas de recomendación de partidas o videojuegos

Más info

• Buen artículo en wikipedia

• http://en.wikipedia.org/wiki/Game_artificial_intelligence

10 videojuegos + influyentes en IA

• http://aigamedev.com/open/highlights/top-ai-games/

10.- SimCity (1989)

• Pionero en control de simulaciones complejas

• Los elementos de la ciudad son realistas

• Las propiedades emergentes del sistema bien balanceadas para entretener al jugador

9.- Half-Life (1998)

• Las escenas de “corte” son interactivas.

• Una IA acompaña al jugador en los primeros niveles

• Introduce IA de grupo

8.- Total War (2000)

• Control de miles de IAs

• Modela las emociones de los soldados para el realismo de las batallas

• Lógica inspirada en “El Arte de la Guerra”

7.- Thief (1998)

• Modelado sensorial preciso. Permite a los actores con IA responder de forma realista a luz y sonidos.

6.- The Sims (2000)

• Se usan objetos inteligentes para ayudar a la implementación de los comportamientos.

• Los objetos especifican cómo deben interactuar los personajes con ellos

• Los Sims tienen deseos básicos que guían sus acciones

• Modelado de relaciones e interacciones emocionales

5.- Creatures (1996)

• 1ª aplicación popular de aprendizaje automático en una simulación interactiva

• Las criaturas aprenden con redes neuronales

• Se considera rompedor en el área de vida artificial

4.- Halo (2001)• Los enemigos se cubren

bien y responden adecuadamente

• Los grupos están bien modelados; cuando matas al lider, se debilitan

• Su tecnología de árbol de comportamiento se ha adoptado después

3.- Façade (2005)

• Interacción mediante PLN

• El lenguaje provee formas para especificar el comportamiento de los personajes en términos de una historia dinámica

2.- F.E.A.R. (2005)

• Usa planificadores para generar comportamientos sensibles al contexto

• Los enemigos usan el entorno de forma inteligente

• Tácticas de grupo usadas de forma efectiva

1.- Black & White (2001)

• Juego basado en la interacción con una IA que aprende de ejemplos y refuerzo

• Integrado con vida artificial en un contexto de estrategia

• Utiliza técnicas de AA como redes neuronales y árboles de decisión

Panorámica de la IA

Áreas dentro de la IA• Deducción/razonamiento

• Representación del conocimiento

• Planificación

• Aprendizaje

• PLN

• Movimiento y manipulación

• Percepción

• Inteligencia Social

• IA General

Deducción/Razonamiento

• Primeros acercamientos a la IA

• Muy relacionados con los conceptos de búsquedas

• Costosos en tiempo

Deducción/Razonamiento

• http://webdocs.cs.ualberta.ca/~aixplore/search/IDA/Applet/SearchApplet.html

• http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Electrical-Engineering-and-Computer-Science/6-034Fall-2006/Tools/index.htm

• http://www.youtube.com/watch?v=4m21jh5fAOw

Representación del Conocimiento

• Sistemas expertos

• Razonamiento sobre conocimiento

• Web semántica

• Ontologías

• http://www.youtube.com/watch?v=zXlKIJoSLVM

Planificación

• Cálculo de estrategia (acciones) a desarrollar con implicaciones temporales y de coste

• P.e. estrategia de ataque en el StarCraft

• http://www.dna-evolutions.com/dnaappletsample.html

• http://www.youtube.com/watch?v=UqOvwODElbY

Aprendizaje

• Sistemas que aprenden de la experiencia

• Categorización, regresión y clustering

• http://lslwww.epfl.ch/~anperez/BlackJack/classes/RLJavaBJ.html

• http://webdocs.cs.ualberta.ca/~aixplore/learning/DecisionTrees/Applet/DecisionTreeApplet.html

Aprendizaje

• Aplicaciones reales:

• Filtrado de spam, categorización de webs

• Detección del cáncer, reconocimiento de imágenes

• Aplicaciones en videojuegos:

• Aprendizaje por refuerzo (los enemigos aprenden de sus errores)

PLN

• Procesamiento del Lenguaje Natural

• Buscadores

• Interfaces persona-computador

• http://alice.pandorabots.com/

• http://www.youtube.com/watch?v=Sx3Fpw0XCXk

Movimiento y Manipulación

• Ligada a razonamiento y planificación

• Aplicado básicamente en robótica

• Puede servir como ejemplo para interacciones virtuales

• http://www.youtube.com/watch?v=MinQk7TejbQ

Percepción• Ligado típicamente a robótica

• Maneja sensores para deducir una visión del mundo

• Reconocimiento del habla, de caras o de objetos

• http://www.youtube.com/watch?v=p2qlHoxPioM

• http://www.youtube.com/watch?v=opx1imhzUEg

Inteligencia Social• Habilidades sociales y emociones

• Predecir las acciones del oponente

• Comprender sus motivos y estados emocionales

• Modelar emociones humanas y sus habilidades para detectar emociones

• http://www.youtube.com/watch?v=1-fyBYvDgss

IA General

• “Strong AI”

• Se remonta a los comienzos de la IA

• “Singularidad”

Técnicas Básicas de IA en Videojuegos

Las más utilizadas, incluso en juegos actuales

Técnicas Básicas

• La IA es un campo realmente amplio

• Pero muchas técnicas son muy costosas en tiempo y recursos

• Debemos utilizar las técnicas más eficientes/efectivas posibles

Máquinas de Estados

• Técnica muy simple pero efectiva

• También se usan máquinas de estados para animaciones

• Se basa en modelar distintos “estados” y las condiciones para pasar de un estado a otro

Máquinas de EstadosDandoVueltas

PersiguiendoEnemigo

Disparando

Distancia < 100

Distancia < 50

LuchaDistancia < 2Distancia > 2

Distancia > 50

Distancia > 100

Muerto

Máquinas de Estados

• http://www.youtube.com/watch?v=nPlIAYuip3A

• http://www.youtube.com/watch?v=DYHJuCyfYyM

• http://www.youtube.com/watch?v=8GVuaHyJ_sg

Máquinas de Estados

Máquinas de Estados

Ejercicio

• Diseñar una máquina de estados para un PacMan

Búsqueda de Caminos

• Utilizada en muchos juegos

• P.e. FPS para perseguir al jugador

• Los algoritmos de búsqueda de caminos permiten tener en cuesta el “coste”

• Ejemplo: A*

• http://www.policyalmanac.org/games/aStarTutorial.htm

A*

A*

• http://www.vision.ee.ethz.ch/~cvcourse/astar/AStar.html

• http://code.google.com/p/aima-java/

Pregunta

• ¿Para qué podríais utilizar A* en vuestros juegos?

Técnicas Avanzadas de IA en Videojuegos

Cada vez más utilizadas, pero todavía “experimentales” en videojuegos

Técnicas Avanzadas

• Cada vez más podemos disponer de “computación adicional”

• P.e. Play3 y sus múltiples cores

• Esto da pie a dedicar un procesador o parte de él a la IA, y aplicar técnicas avanzadas

Técnicas Avanzadas

• Son técnicas mucho más complejas

• Elegiremos las que más nos interesen y profundizaremos en ellas en la 3ª clase

Próximas ClasesDeberes :P

Próxima Clase

• Pensad qué tipo de IA aplicar en vuestros juegos

• Explicad cómo creéis que se implementaría y adaptaría

• Reflexionamos sobre mejoras

• Analizamos las técnicas que más os interesan para la siguiente clase