Σεχνθτι Νοθμοςφνθ ΙΙ Μάρτιοσ 2012 ΧΕΔΙΑΜΟ (PLANNING) ..και εφαρμογζσ ςε video games!

Transcript

1 Σεχνθτι Νοθμοςφνθ ΙΙ Μάρτιοσ 2012 ΧΕΔΙΑΜΟ (PLANNING)..και εφαρμογζσ ςε video games!

2 χεδιαςμόσ 2 Ενότθτα 11.1: Απλζσ γλϊςςεσ αναπαράςταςθσ προβλθμάτων ςχεδιαςμοφ με βάςθ τθ STRIPS Ενότθτα 11.2: Προσ τα εμπρόσ αναηιτθςθ, προσ τα πίςω αναηιτθςθ, ευρετικοί μθχανιςμοί Ενότθτα 11.4: Γραφιματα ςχεδιαςμοφ Ανάπτυξθ AI για χαρακτιρεσ (Non-Player Characters) και εφαρμογζσ ςχεδιαςμοφ ςε video games Άλλεσ τεχνικζσ ςχεδιαςμοφ επιγραμματικά χεδιαςμόσ με λογικι, Ιεραρχικά δίκτυα εργαςιϊν, Τπο ςυνκικθ ςχεδιαςμόσ, Ειςαγωγι ςτθ γλϊςςα ανάπτυξθσ πρακτόρων Golog,... Planning Domain Description Language (PDDL) Χριςθ ενόσ award-winning planner

3 Προβλιματα ςχεδιαςμοφ 3 Σι ζχουμε δει ωσ τϊρα Η γλϊςςα STRIPS για τθν περιγραφι προβλθμάτων ςχεδιαςμοφ Επίλυςθ προβλθμάτων ςχεδιαςμοφ ωσ αναηιτθςθ ςτο χϊρο τον καταςτάςεων Προζλαςθ (progression), οπιςκοχϊρθςθ (regression) Ευρετικζσ ςυναρτιςεισ Μποροφμε να αξιοποιιςουμε τθν περιγραφι των ςχθμάτων ενεργειϊν καλφτερα;

4 4 Σα ςχιματα ενεργειϊν προςφζρουν πολφ χριςιμεσ πλθροφορίεσ για τθν αλλθλεπίδραςθ των ενεργειϊν μεταξφ τουσ Π.χ., θ ενζργεια Α δεν μπορεί να ςυμβεί μετά τθ Β γιατί θ Α ακυρϊνει κάποια προχπόκεςθ τθσ Β Τπάρχουν πολλζσ (πιο πολφπλοκεσ) ςυνκικεσ που μπορεί να είναι χριςιμεσ να τισ εντοπίςουμε!

5 5 Γράφθμα ςχεδιαςμοφ (planning graph) Ειδικι δομι δεδομζνων Αποτελείται από μια ακολουκία επιπζδων (levels) Καταγράφει τισ επιδράςεισ από όλεσ τισ εφαρμόςιμεσ ενζργειεσ ςε κάκε επίπεδο ςαν να ςυνζβαιναν παράλλθλα Καταγράφει κάποιουσ βαςικοφσ περιοριςμοφσ μεταξφ των εφαρμόςιμων ενεργειϊν..

6 6 Α Α Β Γ Α Β Γ Β Γ Επί(Α,Σραπζηι) Επί(Β,Σραπζηι) Επί(Γ,Σραπζηι) Κακαρό(Α) Κακαρό(Β) Κακαρό(Γ) Επί(Α,Σραπζηι) Επί(Β,Γ) Επί(Γ,Σραπζηι) Κακαρό(Α) Κακαρό(Β) Κακαρό(Σραπ.) Επί(Α,Β) Επί(Β,Γ) Επί(Γ,Σραπζηι) Κακαρό(Α) Κακαρό(Σραπ.) s 0 Μετακ.(Β,Σρ,Γ) s 1 Μετακ.(Α,Σρ,Β) s 2

7 7 Α Β Γ?????? Επί(Α,Σραπζηι) Επί(Β,Σραπζηι) Επί(Γ,Σραπζηι) Κακαρό(Α) Κακαρό(Β) Κακαρό(Γ)?????? Α 0 s 0 s 1 s 2 Α 1

8 8 Α Β Γ Α Β Γ??? Επί(Α,Σραπζηι) Επί(Β,Σραπζηι) Επί(Γ,Σραπζηι) Κακαρό(Α) Κακαρό(Β) Κακαρό(Γ) Μετακ.(Β,Σρ,Γ) Α 0 Επί(Α,Σραπζηι) Επί(Β,Σραπζηι) Επί(Γ,Σραπζηι) Κακαρό(Α) Κακαρό(Β) Κακαρό(Γ) Επί(Β,Γ) Επί(Β,Σραπζηι) Κακαρό(Γ) s 0 s 1 s 2 Α 1???

9 9 Α Β Γ Β Α Γ??? Επί(Α,Σραπζηι) Επί(Β,Σραπζηι) Επί(Γ,Σραπζηι) Κακαρό(Α) Κακαρό(Β) Κακαρό(Γ) Μετακ.(Α,Σρ,Γ) Α 0 Επί(Α,Σραπζηι) Επί(Β,Σραπζηι) Επί(Γ,Σραπζηι) Κακαρό(Α) Κακαρό(Β) Κακαρό(Γ) Επί(Α,Γ) Επί(Α,Σραπζηι) Κακαρό(Γ) s 0 s 1 s 2 Α 1???

10 10 Α Β Γ Β Α Α Γ Β Γ??? Επί(Α,Σραπζηι) Επί(Β,Σραπζηι) Επί(Γ,Σραπζηι) Κακαρό(Α) Κακαρό(Β) Κακαρό(Γ) Μετακ.(Β,Σρ,Γ) Μετακ.(Α,Σρ,Γ) Α 0 Επί(Α,Σραπζηι) Επί(Β,Σραπζηι) Επί(Γ,Σραπζηι) Κακαρό(Α) Κακαρό(Β) Κακαρό(Γ) Επί(Α,Γ) Επί(Β,Γ) Επί(Α,Σραπζηι) Επί(Β,Σραπζηι) Κακαρό(Γ) Κακαρό(Γ) s 0 s 1 s 2 Α 1???

11 11 Α Β Γ Επί(Α,Σραπζηι) Επί(Β,Σραπζηι) Επί(Γ,Σραπζηι) Κακαρό(Α) Κακαρό(Β) Κακαρό(Γ) Μετακ.(Β,Σρ,Γ) Μετακ.(Α,Σρ,Γ) Επί(Α,Σραπζηι) Επί(Β,Σραπζηι) Επί(Γ,Σραπζηι) Κακαρό(Α) Κακαρό(Β) Κακαρό(Γ) Επί(Β,Γ) Επί(Β,Σραπζηι) Επί(Α,Γ) Επί(Α,Σραπζηι) Κακαρό(Γ)?????? Α 0 s 0 s 1 s 2 Α 1

12 12 Α Β Γ Επί(Α,Σραπζηι) Επί(Β,Σραπζηι) Επί(Γ,Σραπζηι) Κακαρό(Α) Κακαρό(Β) Κακαρό(Γ) Μετακ.(Α,Σρ,Β) Μετακ.(Γ,Σρ,Β) Μετακ.(Β,Σρ,Γ) Μετακ.(Α,Σρ,Γ) Μετακ.(Β,Σρ,Α) Μετακ.(Γ,Σρ,Α) Α 0 Α Β Γ Β Α Γ Επί(Α,Σραπζηι) Επί(Β,Σραπζηι) Επί(Γ,Σραπζηι) Κακαρό(Α) Κακαρό(Β) Κακαρό(Γ) Επί(Α,Γ) Επί(Β,Γ) Επί(Β,Γ) Επί(Α,Σραπζηι) Επί(Β,Γ) Επί(Β,Γ) Επί(Β,Γ) Κακαρό(Γ) Επί(Β,Σραπζηι) Α 1 Κακαρό(Γ)?????? s 0 s 1 s 2

13 13 Γράφθμα ςχεδιαςμοφ (planning graph) Ειδικι δομι δεδομζνων Αποτελείται από μια ακολουκία επιπζδων (levels) Καταγράφει τισ επιδράςεισ από όλεσ τισ εφαρμόςιμεσ ενζργειεσ ςε κάκε επίπεδο ςαν να ςυνζβαιναν παράλλθλα Καταγράφει κάποιουσ βαςικοφσ περιοριςμοφσ μεταξφ των εφαρμόςιμων ενεργειϊν..ασ δοφμε ζνα (ακόμα) πιο απλό παράδειγμα!

14 14 Init( Κατοχι(Κζικ) ) Goal( Κατοχι(Κζικ) Φαγωμζνο(Κζικ) ) Action( Φάγωμα(Κζικ) ΠΡΟΫΠΟΘΕΕΙ: Κατοχι(Κζικ) ΕΠΙΔΡΑΕΙ: Κατοχι(Κζικ) Φαγωμζνο(Κζικ) ) Action( Ψιςιμο(Κζικ), ΠΡΟΫΠΟΘΕΕΙ: Κατοχι(Κζικ) ΕΠΙΔΡΑΕΙ: Κατοχι(Κζικ) )

15 15 Γράφθμα ςχεδιαςμοφ (planning graph) Αποτελείται από μια ακολουκία επιπζδων (levels) τα οποία περιγράφουν πϊσ μεταςχθματίηεται θ αρχικι κατάςταςθ κατά τθν εφαρμογι των ενεργειϊν ε κάκε επίπεδο i προςδιορίηουμε Μια λίςτα λεκτικϊν S i Μια λίςτα ενεργειϊν A i Σζςςερα είδθ περιοριςμϊν (ι αμοιβαίου αποκλειςμοφ) μεταξφ των λεκτικϊν και μεταξφ των ενεργειϊν του επιπζδου

16 16 Επίπεδο 0 S 0 : τα κετικά λεκτικά τθσ αρχικισ κατάςταςθσ και τα αρνθτικά λεκτικά που υπονοοφνται από τθν υπόκεςθ κλειςτοφ κόςμου Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

17 17 Επίπεδο 0 Θα φτιάξουμε τισ Α 0 και S 1 Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

18 18 Επίπεδο 0 Α 0 : οι εφαρμόςιμεσ ενζργειεσ ςτθν αρχικι κατάςταςθ Φ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

19 19 Επίπεδο 0 S 1 : οι επιδράςεισ των ενεργειϊν τθσ Α 0 Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

20 20 Επίπεδο 0 Δεν τελειϊςαμε! Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

21 21 Επίπεδο 0 Δεν τελειϊςαμε! Ενζργειεσ διατιρθςθσ (persistence actions) Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

22 22 Επίπεδο 0 Οι ενζργειεσ διατιρθςθσ περιγράφουν τι δεν αλλάηει κατά τθν εφαρμογι ενεργειϊν, π.χ. εδϊ το Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

23 23 Επίπεδο 0 Δεν τελειϊςαμε! Περιοριςμοί ι ςφνδεςμοι αμοιβαίου αποκλειςμου Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

24 24 φνδεςμοι αμοιβαίου αποκλειςμου (mutex) Αςυνεπείσ επιδράςεισ (inconsistent effects) Παρεμβολι (interference) Αςυνεπισ υποςτιριξθ (inconsistent support) Ανταγωνιηόμενεσ ανάγκεσ (competing needs)

25 25 Δυο ενζργειεσ ζχουν αςυνεπείσ επιδράςεισ όταν: Η μία ενζργεια αναιρεί μια επίδραςθ τθσ άλλθσ Π.χ., θ ενζργεια Φ(Κ) και θ ενζργεια διατιρθςθσ του Κατοχι(Κζικ) ζχουν αςυνεπείσ επιδράςεισ Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

26 26 Δυο ενζργειεσ ζχουν αςυνεπείσ επιδράςεισ όταν: Η μία ενζργεια αναιρεί τθν επίδραςθ τθσ άλλθσ Σο ίδιο και θ ενζργεια Φ(Κ) και θ ενζργεια διατιρθςθσ του Φαγωμζνο(Κ) Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

27 27 Δυο ενζργειεσ ζχουν παρεμβολι όταν: Μία επίδραςθ μιασ ενζργειασ είναι άρνθςθ μιασ προχπόκεςθσ για τθν άλλθ ενζργεια Π.χ., θ Φ(Κ) και θ ενζργεια διατιρθςθσ του Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

28 28 Δφο λεκτικά ζχουν αςυνεπι υποςτιριξθ όταν: Σο ζνα είναι άρνθςθ του άλλου Π.χ., και Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

29 29 Δφο λεκτικά ζχουν αςυνεπι υποςτιριξθ όταν: Κάκε δυνατό ηεφγοσ ενεργειϊν που μπορεί να ζχουν ωσ επίδραςθ τα δφο λεκτικά, είναι αμοιβαία αποκλειόμενεσ Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

30 30 Ανταγωνιηόμενεσ ανάγκεσ (competing needs) Μία προχπόκεςθ μιασ ενζργειασ είναι αμοιβαία αποκλειόμενθ με μία προχπόκεςθ μιασ άλλθσ ενζργειασ ε αυτό το επίπεδο δεν προκφπτει Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

31 31 Επίπεδο 0 Σελειϊςαμε! Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

32 32 Σι πλθροφορία μπορεί να μασ δϊςει το γράφθμα ςχεδιαςμοφ μζχρι εδϊ; Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

33 33 Αμοιβαία αποκλειόμενα λεκτικά δεν μποροφν να παραχκοφν (μαηί) από τισ ενζργειεσ του επιπζδου 0! Ο ςτόχοσ δεν είναι δυνατόν να πραγματοποιθκεί ακόμα Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

34 34 Επίπεδο 1 Θα φτιάξουμε τισ A 1 και S 2 Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

35 35 Επίπεδο 1 Α 1 : οι εφαρμόςιμεσ ενζργειεσ ςτθν S 1 S 2 : οι επιδράςεισ των ενεργειϊν τθσ Α 1 Φ(Κ) Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

36 36 Επίπεδο 1 Α 1 : οι εφαρμόςιμεσ ενζργειεσ ςτθν S 1 S 2 : οι επιδράςεισ των ενεργειϊν τθσ Α 1 Ψ(Κ) Φ(Κ) Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

37 37 Επίπεδο 1 Α 1 : οι εφαρμόςιμεσ ενζργειεσ ςτθν S 1 S 2 : οι επιδράςεισ των ενεργειϊν τθσ Α 1 Ψ(Κ) Φ(Κ) Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

38 38 Επίπεδο 1 φνδεςμοι αμοιβαίου αποκλειςμοφ Ψ(Κ) Φ(Κ) Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

39 39 Επίπεδο 1 φνδεςμοι αμοιβαίου αποκλειςμοφ Αςυνεπείσ επιδράςεισ μεταξφ των ενεργειϊν διατιρθςθσ Ψ(Κ) Φ(Κ) Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

40 40 Επίπεδο 1 φνδεςμοι αμοιβαίου αποκλειςμοφ Αςυνεπείσ επιδράςεισ μεταξφ των Ψ(Κ), Φ(Κ) και των ενεργειϊν διατιρθςθσ Ψ(Κ) Φ(Κ) Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

41 41 Επίπεδο 1 φνδεςμοι αμοιβαίου αποκλειςμοφ Αςυνεπείσ επιδράςεισ μεταξφ των Ψ(Κ) και Φ(Κ) Ψ(Κ) Φ(Κ) Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

42 42 Επίπεδο 1 φνδεςμοι αμοιβαίου αποκλειςμοφ Ανταγωνιηόμενεσ ανάγκεσ μεταξφ ενεργειϊν διατιρθςθσ! Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

43 43 Επίπεδο 1 φνδεςμοι αμοιβαίου αποκλειςμοφ Δεν ζχουμε άλλουσ ανάμεςα ςε ενζργειεσ Ψ(Κ) Φ(Κ) Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

44 44 Επίπεδο 1 φνδεςμοι αμοιβαίου αποκλειςμοφ Ζχουμε όμωσ ανάμεςα ςε λεκτικά ςτθν S 2 Ψ(Κ) Φ(Κ) Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

45 45 Επίπεδο 1 φνδεςμοι αμοιβαίου αποκλειςμοφ Ανάμεςα ςτα και Φαγωμ(Κ) ςτθν S 2 Φ(Κ) Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

46 46 Επίπεδο 1 φνδεςμοι αμοιβαίου αποκλειςμοφ Ανάμεςα ςτα και Φαγωμ(Κ) ςτθν S 2 Φ(Κ) Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

47 47 Επίπεδο 1 φνδεςμοι αμοιβαίου αποκλειςμοφ Ανάμεςα ςτα και Φαγωμ(Κ) ςτθν S 2 Φ(Κ) Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

48 48 Επίπεδο 1 Σελειϊςαμε! Ψ(Κ) Φ(Κ) Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

49 49 Επίπεδο 1 Προςζξτε ότι τα και Φαγωμα(Κ) δεν είναι αμοιβαία αποκλειόμενα ςτθν S 2!!! Ψ(Κ) Φ(Κ) Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

50 50 Επίπεδο 1 Προςζξτε ότι τα και Φαγωμα(Κ) δεν είναι αμοιβαία αποκλειόμενα ςτθν S 2!!! Ψ(Κ) Φ(Κ) Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

51 51 Σι πλθροφορία μπορεί να μασ δϊςει το γράφθμα ςχεδιαςμοφ μζχρι εδϊ; Ψ(Κ) Φ(Κ) Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

52 52 Σι πλθροφορία μπορεί να μασ δϊςει το γράφθμα ςχεδιαςμοφ μζχρι εδϊ; Ψ(Κ) Φ(Κ) Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

53 53 Σι πλθροφορία μπορεί να μασ δϊςει το γράφθμα ςχεδιαςμοφ μζχρι εδϊ; {Φ(Κ)} και {Ψ(Κ), διατιρθςθ Φαγωμ(Κ)} επιτυγχάνει το ςτόχο!!! Ψ(Κ) Φ(Κ) Φ(Κ) Φαγωμ(Κ) Φαγωμ(Κ) Α 0 Α 1 s 0 s 1 s 2

54 54 Γράφθμα ςχεδιαςμοφ (planning graph)

55 55 Γράφθμα ςχεδιαςμοφ (planning graph) Ειδικι δομι δεδομζνων Ο υπολογιςμόσ τθσ είναι εφκολοσ! (πολυωνυμικι πολυπλοκότθτα!) Μπορεί να χρθςιμοποιθκεί από τον εξειδικευμζνο αλγόρικμο GRAPHPLAN για τθν εξαγωγι λφςθσ (ακολουκϊντασ παρόμοια λογικι με αυτι που είδαμε) Μπορεί να χρθςιμεφςει ωσ οδθγόσ για ευρετικζσ ςυναρτιςεισ που είναι πιο ακριβείσ από αυτζσ που είδαμε νωρίτερα

56 56 Γράφθμα ςχεδιαςμοφ (planning graph) Πότε ςταματάμε τον υπολογιςμό επιπζδων; Όταν δφο διαδοχικά επίπεδα είναι ταυτόςθμα Πώσ ξζρουμε ότι κα ςυμβεί αυτό; Σα λεκτικά και οι ενζργειεσ αυξάνουν μονοτονικά Οι αμοιβαίοι αποκλειςμοί μειϊνονται μονοτονικά

57 57 Γράφθμα ςχεδιαςμοφ (planning graph) Γιατί ζχει πολυωνυμικι πολυπλοκότθτα ο υπολογιςμόσ του, ενϊ καταγράφει τθν αλλθλεπίδραςθ μεταξφ ενεργειϊν και λεκτικϊν; Δεν είναι το ίδιο δφςκολο με το να βρει κανείσ λφςθ για το πρόβλθμα ςχεδιαςμοφ;

58 58 Γράφθμα ςχεδιαςμοφ (planning graph) Γιατί ζχει πολυωνυμικι πολυπλοκότθτα ο υπολογιςμόσ του, ενϊ καταγράφει τθν αλλθλεπίδραςθ μεταξφ ενεργειϊν και λεκτικϊν; Δεν είναι το ίδιο δφςκολο με το να βρει κανείσ λφςθ για το πρόβλθμα ςχεδιαςμοφ; Όχι! Γιατί το γράφθμα καταγράφει μόνο κάποιεσ από τισ αλλθλεπιδράςεισ μεταξφ ενεργειϊν και λεκτικϊν. (Που βρίςκεται τότε κρυμμζνθ θ δυςκολία εφρεςθσ λφςθσ ζχοντασ ςαν δεδομζνο το γράφθμα ςχεδιαςμοφ;)

59 59 Ευρετικζσ ςυναρτιςεισ με βάςθ τα γραφιματα Κόςτοσ επιπζδου λεκτικοφ (level cost): ο αρικμόσ του επιπζδου που εμφανίηεται για πρϊτθ φορά Παρατιρθςθ: Ζνα λεκτικό που δεν εμφανίηεται ςτο τελικό επίπεδο δε μπορεί να επιτευχκεί από κανζνα πλάνο!!! Συνάρτθςθ μζγιςτου επιπζδου (level max): Σο μζγιςτο από τα κόςτθ επιπζδου των υποςτόχων Συνάρτθςθ ακροίςματοσ επιπζδου (level sum): Σο άκροιςμα από τα κόςτθ επιπζδου των υποςτόχων

60 60 Σεχνθτι Νοθμοςφνθ και Video Games

61 Σεχνθτι Νοθμοςφνθ και Video Games 61 Είναι θ τεχνθτι νοθμοςφνθ χριςιμθ για τα video games; Είναι τα video games χριςιμα για τθν τεχνθτι νοθμοςφνθ;

62 Σεχνθτι Νοθμοςφνθ και Video Games 62 Είναι θ τεχνθτι νοθμοςφνθ χριςιμθ για τα video games; Ναι, γιατί Όχι, γιατί Είναι τα video games χριςιμα για τθν τεχνθτι νοθμοςφνθ; Puzzle games: πολφπλοκα προβλιματα λογικισ Strategy games: πολφπλοκα προβλιματα διαχείριςθσ πόρων και λιψθσ αποφάςεων First-person games: χαρακτιρεσ (non-player characters) ωσ αυτόνομοι πράκτορεσ

63 Σεχνθτι Νοθμοςφνθ και Video Games 63 Είναι τα video games χριςιμα για τθν τεχνθτι νοθμοςφνθ; υχνά, τα ρεαλιςτικά προβλιματα ςτον πραγματικό κόςμο είναι πολφ δφςκολα να αντιμετωπιςτοφν Σα video games προςφζρουν ζνα επίπεδο αφαίρεςθσ που δίνει τθ δυνατότθτα ςτθν ερευνθτικι κοινότθτα να πειραματιςτεί επικεντρϊνοντασ ςε ςυγκεκριμζνεσ πτυχζσ των προβλθμάτων Π.χ., αυτοκινοφμενα οχιματα τθν Ακινα το Grand Theft Auto

64 Σεχνθτι Νοθμοςφνθ και Video Games 64 Η υλοποίθςθ απλϊν ενεργειϊν ςτον πραγματικό κόςμοσ είναι ςυχνά πολφ δφςκολθ!

65 Σεχνθτι Νοθμοςφνθ και Video Games 65 Η υλοποίθςθ τζτοιων ενεργειϊν ςε virtual κόςμουσ είναι πολφ πιο εφκολθ!

66 Σεχνθτι Νοθμοςφνθ και Video Games 66 Είναι τα video games χριςιμα για τθν τεχνθτι νοθμοςφνθ; Διαγωνιςμοί για ερευνθτικά προβλιματα ςτο πεδίο τθσ τεχνθτισ νοθμοςφνθσ (όπωσ το International Planning Competition που είπαμε νωρίτερα) ςε προβλιματα βαςιςμζνα ςε video games!

67 Ms Pac-Man vs Ghost Team Competition 67 Φτιάξε ζνα πρόγραμμα που ελζγχει τθν Ms Pac-Man ι ζνα από τα φανταςματάκια 15 φορζσ το δευτερόλεπτο ο game server μεταδίδει τθν κατάςταςθ του παιχνιδιοφ ωσ εικόνα Java API Προκεςμία για registration: 27 Μαΐου

68 Annual Starcraft Competition at AIIDE 68 AI and Digital Entertainment Conference Competition link for 2012

69 Annual Starcraft Competition at AIIDE 69 Brood War Application Programming Interface: C++ API με το οποίο μπορεί ζνα πρόγραμμα να λαμβάνει πλθροφορίεσ για τθν τρζχουςα κατάςταςθ ελζγχει τα δικά του units Προκεςμία για registration: καλοκαίρι (TBA)

70 Annual Starcraft Competition at AIIDE 70 Krasi0 vs Skynet (2011): youtube

71 General Game Playing Competition 71 Φτιάξε ζνα πρόγραμμα που μπορεί να παίηει board games.. γενικά! τθν αρχι του αγϊνα, το πρόγραμμα λαμβάνει τθν περιγραφι των κανόνων του παιχνιδιοφ ςε μια γλϊςςα που μοιάηει με τθν PDDL C++, Java, Prolog API,

72 Multi-agent programming contest 72 Ζμφαςθ ςε πολφ-πρακτορικά ςυςτιματα Κάκε χρόνο από το 2005 με διαφορετικά ςενάρια που ωκοφν τουσ πράκτορεσ να λειτουργιςουν ωσ ομάδα

73 Multi-agent programming contest 73

74 Multi-agent programming contest 74

75 Σεχνθτι Νοθμοςφνθ και Video Games 75 Είναι θ τεχνθτι νοθμοςφνθ χριςιμθ για τα video games;

76 Σεχνθτι Νοθμοςφνθ και Video Games 76 Είναι θ τεχνθτι νοθμοςφνθ χριςιμθ για τα video games; Path finding Realistic motion Psychological models Decision making Learning Nonlinear story telling

77 Σεχνθτι Νοθμοςφνθ και Video Games 77 Είναι θ τεχνθτι νοθμοςφνθ χριςιμθ για τα video games; Ασ εντοπιςτοφμε ςε: παιχνίδια με χαρακτιρεσ (Non-player characters ι NPCs) τθ διαδικαςία λιψθσ αποφάςεων ενόσ χαρακτιρα τθν κατθγορία των First-Person Shooter (FPS) games

78 Σεχνθτι Νοθμοςφνθ και Video Games 78 Video Games: Finite State Machines Decision Diagrams Behavior Trees Goal Oriented Action Planning Ακαδθμαϊκι ζρευνα ςε agents: Knowledge representation, First-order logic, Classical planning, Planning with preferences, Belief-Desire-Intention architecture, Agent-based programming, Probabilistic reasoning, Bayesian networks, Utility theory, Markov Decision Processes,

79 Σεχνθτι Νοθμοςφνθ και Video Games 79 Video Games: Finite State Machines Decision Diagrams Behavior Trees Goal Oriented Action Planning Ακαδθμαϊκι ζρευνα ςε agents: Knowledge representation, First-order logic, Classical planning, Planning with preferences, Belief-Desire-Intention architecture, Agent-based programming, Probabilistic reasoning, Bayesian networks, Utility theory, Markov Decision Processes,

80 Σεχνθτι Νοθμοςφνθ και Video Games 80 Πεπεραςμζνα Αυτόματα (Finite State Machines ι FSMs) Δζνδρα υμπεριφορϊν (Behavior Trees ι BTs) χεδιαςμόσ Ενεργειϊν για τθν Επίτευξθ τόχων (Goal Oriented Action Planning ι GOAP)

81 Σεχνθτι Νοθμοςφνθ και Video Games 81 Game engine: Δθμιουργεί τα αντικείμενα ςτον χϊρο του video game και υπολογίηει τι ςυμβαίνει ςε αυτόν ςε κάκε frame C++ Π.χ., ζνα κιβϊτιο είναι ςτον αζρα ςτο frame1. το frame 2 κα υπολογίςει και κα εμφανίςει τθ νζα του κζςθ, κτλ.

82 Σεχνθτι Νοθμοςφνθ και Video Games 82 Game engine: Δθμιουργεί τα αντικείμενα ςτον χϊρο του video game και υπολογίηει τι ςυμβαίνει ςε αυτόν ςε κάκε frame C++ Π.χ., ζνα κιβϊτιο είναι ςτον αζρα ςτο frame1. το frame 2 κα υπολογίςει και κα εμφανίςει τθ νζα του κζςθ, κτλ. Σο ίδιο και για τουσ Non-player characters!

83 Πεπεραςμζνα Αυτόματα (FSMs) 83 Video Games: Finite State Machines Decision Diagrams Behavior Trees Goal Oriented Action Planning Ακαδθμαϊκι ζρευνα ςε agents: Knowledge representation, First-order logic, Classical planning, Planning with preferences, Belief-Desire-Intention architecture, Agent-based programming, Probabilistic reasoning, Bayesian networks, Utility theory, Markov Decision Processes,

84 Πεπεραςμζνα Αυτόματα (FSMs) 84 Αναγνϊριςθ κανονικϊν γλωςςϊν

85 Πεπεραςμζνα Αυτόματα (FSMs) 85 υμπεριφορά ςφμφωνα με εναλλαγι καταςτάςεων! On Guard See small enemy Fight Energy OK Losing fight Run away

86 Πεπεραςμζνα Αυτόματα (FSMs) 86 Παραδοςιακά από τισ πρϊτεσ τεχνικζσ για τον κακοριςμό τθσ ςυμπεριφοράσ των χαρακτιρων Πολφ απλά ςτθν κατανόθςθ Πολφ απλά ςτθν υλοποίθςθ Απευκείασ υλοποίθςθ με το μορφι πολλαπλϊν if-then-else εντολϊν

87 Πεπεραςμζνα Αυτόματα (FSMs) 87 int NPC::think(){ if (state==onguard && seesmallenemy()){ state=fight; makescarysound(); } else if (state==fight && energy>30){... } } else if...

88 Πεπεραςμζνα Αυτόματα (FSMs) 88 Παραδοςιακά από τισ πρϊτεσ τεχνικζσ για τον κακοριςμό τθσ ςυμπεριφοράσ των χαρακτιρων Πολφ απλά ςτθν κατανόθςθ Πολφ απλά ςτθν υλοποίθςθ Απευκείασ υλοποίθςθ με το μορφι πολλαπλϊν if-then-else εντολϊν Εφκολοσ διαχωριςμόσ τθσ δουλειάσ του προγραμματιςτι με τθ αυτι του ςεναριογράφου Αλλά, και απλοϊκά ςτισ ςυμπεριφορζσ που μπορεί να εκφράςουν..

89 Δζνδρα ςυμπεριφορϊν (BTs) 89 Video Games: Finite State Machines Decision Diagrams Behavior Trees Goal Oriented Action Planning Ακαδθμαϊκι ζρευνα ςε agents: Knowledge representation, First-order logic, Classical planning, Planning with preferences, Belief-Desire-Intention architecture, Agent-based programming, Probabilistic reasoning, Bayesian networks, Utility theory, Markov Decision Processes,

90 Δζνδρα ςυμπεριφορϊν (BTs) 90 υμπεριφορά ςφμφωνα με πιο λεπτομερείσ ςυνκικεσ και ςτρατθγικζσ??

91 Δζνδρα ςυμπεριφορϊν (BTs) 91 υμπεριφορά ςφμφωνα με πιο λεπτομερείσ ςυνκικεσ και ςτρατθγικζσ Door open? Move into room

92 Δζνδρα ςυμπεριφορϊν (BTs) 92 υμπεριφορά ςφμφωνα με πιο λεπτομερείσ ςυνκικεσ και ςτρατθγικζσ? Door open? Move into room Move to door? Move into room

93 Δζνδρα ςυμπεριφορϊν (BTs) 93 υμπεριφορά ςφμφωνα με πιο λεπτομερείσ ςυνκικεσ και ςτρατθγικζσ? Door open? Move into room Move to door? Move into room Door locked? Unlock door Kick door Door open?

94 Δζνδρα ςυμπεριφορϊν (BTs) 94 Από τα πρϊτα εμπορικά video games που χρθςιμοποίθςαν BTs είναι το Halo2 (2004) Απλά ςτθν κατανόθςθ Απλά ςτθν υλοποίθςθ Εφκολοσ διαχωριςμόσ τθσ δουλειάσ του προγραμματιςτι με τθ αυτι του ςεναριογράφου

95 Αντανακλαςτικζσ τεχνικζσ 95 Σα FSMs και BTs είναι αντανακλαςτικζσ (reactive) τεχνικζσ Ο χαρακτιρασ ακολουκεί μια προκακοριςμζνθ ςτρατθγικι που υπαγορεφει τθν αντίδραςθ του ςε κάκε χρονικό ςθμείο του παιχνιδιοφ ςφμφωνα με τισ διαφορετικζσ ςυνκικεσ που επικρατοφν Για κάκε αλλθλουχία ενεργειών που χρειάηεται να πραγματοποιθκοφν μαηί, πχ: [move to door, unlock/kick door, move into room], αυτό πρζπει να περιγράφεται ρθτά ςτθ δομι των FSMs BTs

96 Αντανακλαςτικζσ τεχνικζσ 96 Ιςτορικά, θ ςυντριπτικι πλειοψθφία των video games με χαρακτιρεσ χρθςιμοποιοφν κάποιο είδοσ/ςυνδυαςμό FSM, BTs για να χειριςτοφν τθ λιψθ αποφάςεων του χαρακτιρα Εφκολα υλοποιιςιμθ αντιμετϊπιςθ Οι ανάγκεσ που προκφπτουν αντιμετωπίηονται εφκολα από τουσ προγραμματιςτζσ Με κατάλλθλθ προετοιμαςία των levels δουλεφει πολφ καλά

97 Αντανακλαςτικζσ τεχνικζσ 97 Ζνα level από τα μάτια του χαρακτιρα NPC

98 Αντανακλαςτικζσ τεχνικζσ 98 Ζνα level από τα μάτια του χαρακτιρα NPC

99 Αντανακλαςτικζσ τεχνικζσ 99 Η κατάςταςθ ςιμερα Ανοικτοί κόςμοι (open worlds) με ςυνεχϊσ αυξανόμενεσ διακζςιμεσ αλλθλεπιδράςεισ Οι χαρακτιρεσ χρειάηεται να ζχουν αυτονομία, με ατομικζσ επιδιϊξεισ, ςτόχουσ, και προςωπικότθτα.

100 Αντανακλαςτικζσ τεχνικζσ 100 Η κατάςταςθ ςιμερα ε αυτζσ τισ ςυνκικεσ, θ διαχείριςθ των πικανϊν αλλθλεπιδράςεων με αντανακλαςτικζσ τεχνικζσ γίνεται περίπλοκθ και δφςκολθ Εμφανίηεται θ ανάγκθ για πιο ευζλικτεσ τεχνικζσ

101 χεδιαςμόσ ενεργειϊν (GOAP) 101 Video Games: Finite State Machines Decision Diagrams Behavior Trees Goal Oriented Action Planning Ακαδθμαϊκι ζρευνα ςε agents: Knowledge representation, First-order logic, Classical planning, Planning with preferences, Belief-Desire-Intention architecture, Agent-based programming, Probabilistic reasoning, Bayesian networks, Utility theory, Markov Decision Processes,

102 χεδιαςμόσ ενεργειϊν (GOAP) 102 Αντικατάςταςθ των «ζτοιμων» ςτρατθγικϊν με μια περιγραφι ςτόχων και διακζςιμων ενεργειϊν? Door open? Move into room Move to door? Move into room Door locked? Unlock door Kick door Door open?

103 χεδιαςμόσ ενεργειϊν (GOAP) 103 Αντικατάςταςθ των «ζτοιμων» ςτρατθγικϊν με μια περιγραφι ςτόχων και διακζςιμων ενεργειών Move into room Move to door Move into room Unlock door Kick door

104 χεδιαςμόσ ενεργειϊν (GOAP) 104 Αντικατάςταςθ των «ζτοιμων» ςτρατθγικϊν με μια περιγραφι ςτόχων και διακζςιμων ενεργειών Move into room Move to door Unlock door Preconditions: Door open Effects: In room Preconditions: - Effects: At door Preconditions: Hold key Effects: Door open Kick door Preconditions: - Effects: Door open

105 χεδιαςμόσ ενεργειϊν (GOAP) 105 Αντικατάςταςθ των «ζτοιμων» ςτρατθγικϊν με μια περιγραφι ςτόχων και διακζςιμων ενεργειϊν Move into room Move to door Preconditions: Door open Effects: In room Preconditions: - Effects: At door In room Unlock door Preconditions: Hold key Effects: Door open Kick door Preconditions: - Effects: Door open

106 χεδιαςμόσ ενεργειϊν (GOAP) 106 Αναηιτθςθ ςε πραγματικό χρόνο για τθ ςτρατθγικι που επιτυγχάνει τον αναγκαίο ςτόχο κάκε φορά Move into room Move to door Preconditions: Door open Effects: In room Preconditions: - Effects: At door In room Unlock door Preconditions: Hold key Effects: Door open Kick door Preconditions: - Effects: Door open

107 χεδιαςμόσ ενεργειϊν (GOAP) 107 Πλεονεκτιματα Εφκολθ διαχείριςθ μεγάλου αρικμοφ παραγόμενων ςυμπεριφορϊν Ευζλικτο ςτο ότι μπορεί να πετφχει ςυμπεριφορζσ που ικανοποιοφν τισ προδιαγραφζσ χωρίσ να τισ ζχουμε απαρικμιςει ρθτά από πριν Αλλά χρειάηεται να επιλφει προβλιματα ςχεδιαςμοφ ενεργειϊν ςε ελάχιςτα frames!

108 χεδιαςμόσ ενεργειϊν (GOAP) 108 Από τα πρϊτα εμπορικά video games που χρθςιμοποίθςαν ςχεδιαςμό ενεργειϊν είναι το FEAR (2005) Όχι τόςο απλό ςτθν κατανόθςθ Δφςκολο ςτθν υλοποίθςθ Προβλιματα ςτθ ςυνεργαςία του προγραμματιςτι με τον ςεναριογράφο

109 χεδιαςμόσ ενεργειϊν (GOAP) 109 Λίγεσ λεπτομζρειεσ για το FEAR: 1 άτομο για το κομμάτι τθσ υλοποίθςθσ τθσ ςυμπεριφοράσ των χαρακτιρων Ιδζα: μποροφμε να πετφχουμε διαφορετικζσ ςυμπεριφορζσ δίνοντασ διαφορετικζσ δυνατότθτεσ ενεργειϊν ςτουσ χαρακτιρεσ και χρθςιμοποιϊντασ ζνα planner για να αποφαςίηει τθν επόμενθ κίνθςθ κάκε ςτιγμι

110 110 χεδιαςμόσ ενεργειϊν (GOAP)

111 χεδιαςμόσ ενεργειϊν (GOAP) 111 Τπζρ-απλοφςτευςθ του STRIPS: Σα λεκτικά μετατρζπονται ςε variables χωρίσ ορίςματα Η κατάςταςθ αποκθκεφεται ωσ πίνακασ με μικρό μζγεκοσ Ζρευνα ςε βάκοσ το πολφ.. 3 A* για path finding.. A* και για planning!