Правдоподобный ИИ животных на примере theHunter: Call of the Wild

Эта статья – перевод записи из собственного блога Кэрин И. Скуг (Karin E. Skoog), ранее трудившейся младшим ИИ-дизайнером в Avalanche Studios над симулятором охоты theHunter: Call of the Wild.

До труды над theHunter: CotW моим ближайшим охотничьим опытом была пальба по тарелочкам вместе с родственниками (я имею в виду оранжевые диски, запускаемые в атмосфера специальной машиной).

Я присоединилась к команде theHunter: CotW, потому что этот проект сулил невообразимую возможность целиком сосредоточиться на дизайне ИИ. Теперь, когда игра уже на прилавках, я могу покойно сесть и записать свои соображения о разработке игры (с позиции человека, трудившегося над ИИ). Возможно, то, чему я научилась, окажется полезным и для кого-то еще.

Напастись знаний

Несмотря на то, что до работы над проектом я пересекалась с охотой крайне негусто, я очень быстро стала экспертом в поведении более 10 обликов животных.

Набраться знаний об охоте и поведении животных было крайне значительно, поскольку theHunter – это франшиза, целью которой является создание самого реалистичного симулятора охоты.

Вообще, многие фанаты игр theHunter – это натуральные охотники и есть. И это значит, что…

Игроки прекрасно знают, когда поведение звериного реализованы абы как
В отличие от FPS (и аркадных симуляторов охоты), здешние игроки не обнаруживают бездумный огонь по всему, что движется. Наоборот, они иногда по несколько минут следят за звериным (или группой животных), выжидая подходящего момента. Более того, есть категория игроков, какие просто наслаждаются местными красотами, вместо выстрелов мастеря фотоснимки.

В общем, игроки проводят уйму времени, наблюдая за звериными и их поведением, поэтому то, как ведут себя виртуальные зверушки – это одинешенек из главных компонентов, добавляющих игре правдоподобности.

Краткое вступление: Чем вообще занимаются дизайнеры ИИ?

Я начала работать над theHunter: CotW, когда в игру уже добавили несколько звериных, но пока без моделей поведения. В процессе приходилось сотрудничать с самыми различными специалистами (саунд-дизайнерами, аниматорами, программистами, художниками окружения и т.д.), потому что требовалось, чтобы ИИ, с одной сторонки, оправдывал ожидания настоящих охотников, а с другой, хорошо встраивался в геймплей.

Моя труд заключалась в следующем:

Исследование поведения и потребностей животных
Заселение заповедников, вводя локации, где животные едят, спят, пьют и ходят, а также труд над размерами стад, гендерным соотношением в стадах, «распорядком дня» и т.д.
Дефиниция дополнительных элементов (вроде зон обитания)
Разработка и внедрение ИИ поведения звериных с учетом того, что каждый вид (включая разные виды оленей) должен вести себя по-разному

Плюсом труды в Avalanche Studios был их собственный движок Apex Engine (к слову, его ранние версии использовались в Mad Max и Just Cause 3). Он оснащен так именуемым «деревом поведения» – технологией для реализации поведения ИИ.

(Картинка рослее взята из презентации Роберта Майера (Robert Mayer) о дизайне ИИ в Just Cause 3, какую он показывал на GDC).

Как дизайн ИИ улучшает правдоподобность поведения животного?

Поскольку основная цель франшизы theHunter – создание самого правдоподобного симулятора охоты всех преходящ и народов, то перед разработкой ИИ нужно как следует углубиться в тему, изучив самые тончайшие подробности жизни животных. Например…

Популяция – размер табуны, гендерный состав и т.д.

Что это значит для игры? Разве недостаточно попросту сделать несколько стад разного размера, а затем пристроить их в игру? Нет. В поведении животных очень много нюансов и сложностей, воздействующих на то, как животные организуются в группы. Вот несколько примеров:

Большое табун самок (с одним случайным самцом)

Многие олени вящую часть года (не считая брачного периода, который также именуют «гоном») живут в больших и очень заметных стадах, заключающихся лишь из особей одного пола. Я тоже создала такие табуны, но добавила в них одного-двух самцов.

Почему это важно? Поскольку самки тоньше самцов, а охотники, как правило, хотят подстрелить кого-нибудь покрупнее, это подталкивает игроков к тому, чтобы стать и понаблюдать за таким стадом в поисках «тайного» самца. Моей собственной целью было сделать самцов достаточно вариативными, чтобы игрок был симпатично удивлен, найдя, наконец, высокорангового самца.

(Я буду строчить в основном об оленях, но в финальную версию игры вошли также зубр, рыжеволосая лиса, вепрь и черный медведь. За каждым видом, вводя разные виды оленей, стоит доскональное исследование и детальная разработка.)

Махонькое стадо самцов (как правило, в густых зарослях)

Создавая табуны и их места обитания, я сделала так, чтобы стада самцов были, как правило, в дремучем лесу. Благодаря этому, во-первых, самцов труднее отыскать, а во-вторых, густая листва плюс чуткий олений весть – это серьезное испытание для охотника, желающего подкрасться поближе, чтобы сделать неплохой выстрел.

«Топовые» животные – старые самцы (очень отзывчивые, живут в густых зарослях)

Стада и зоны обитания создавались с персоной тщательностью, чтобы уравновесить сложность, чуткость и «уровневость» звериных. В результате в theHunter можно встретить и большие стада низкоранговых звериных, гуляющих по открытым равнинам, и «топовых» самцов-одиночек, живущих в самых труднопроходимых поясах заповедника. Я вернусь к этой теме чуть ниже – в разделе «Окружение обитания».

На этом месте хотелось бы поблагодарить Бьорна Эйля (Björn Öjlert), ведущего дизайнера проекта, трудившегося над оригинальной theHunter, а по совместительству – фантастического учителя, который наставлял меня все пора, что я работала в Avalanche Studios. Его опыт работы над первой theHunter и знание того, чего желают игроки, серьезно повлияли на дизайн theHunter: Call of the Wild. Он пять понимает, какие гейм-дизайнерские решения (вроде рангов звериных) важны игрокам больше всего, и что нужно было улучшить, чтобы выставить CotW особняком.

Мы также любую неделю встречались с создателями оригинальной theHunter – для разговоров на профессиональные темы и чтобы вечно быть в курсе новых гейм-дизайнерских решений.

Среда обитания

При разработке окружения обитания нужно определиться с ее размером, а также с тем, как на нее влияют отличия в поле/году животных и т.д.

Редкость и сложность локаций с высокоранговыми самцами

Я чуть затронула эту тему рослее, но теперь хочу рассказать о ней поподробней. Моей работой было, повторюсь, задать размер пояса обитания для каждого вида в заповеднике, и делалось это очень попросту – при помощи раскрашивающего инструмента.

Изучая распределение животных по территории (и то, как критерии вроде пустотела или возраста влияют на размер индивидуальной и общей зон обитания), я разрешила, что это проще реализовать через создание нового слоя (как в «фотошопе»). В частности, я сделала для высокоранговых самцов особый слой и наложила его поверх общей популяционной карты. При этом я влеклась…

…дать высокоранговым самцам маленькую индивидуальную зону обитания. Для игрока, забравшегося на какую-либо возвышенность, будет настоящей наградой найти пастбище или пояс отдыха, т.к. это значит, что где-то рядом бродит высокоранговый самец! (Игроки, к слову, разом приседают или даже ложатся, когда видят поблизости высокорангового самца, начиная подвигаться более осторожно, чтобы не спугнуть добычу.)
…расположить индивидуальные пояса в местах с густыми зарослями, чтобы снизить шансы игрока на обретение преимущества

Подвигаясь по густому лесу, игрок волей-неволей издает шум, а если он вдобавок подвигается с подветренной стороны, зверь бросится наутек еще до того, как игрок поймет, что где-то спереди есть потенциальная добыча. Это делает охоту на высокоранговых самцов весьма сложным (но и вознаграждающим!) занятием, потому что у высокоранговых зверей интуиция намного острее, чем у других животных того же вида (взять, к образцу, благородного оленя, который пасется в одном из самых далеких и гористых уголков европейского заповедника).

Работа с окружением и засадные точки

Еще одно дело, которое мне очень нравилось при разработке ИИ – это создание мест, где звериные ходят, едят, пьют и спят. Я плотно сотрудничала с художниками окружения, чтобы гарантировать заповедники достаточным количеством источников воды, пастбищ и пунктов отдыха (с учетом зоны обитания), а также достаточным числом холмов и равнинных областей вокруг холмов, чтобы создать засадные точки. Это было весьма важным геймплейным решением:

Концепт засадных точек (т.е. точек для засады) увлекателен не только охотникам, но и с точки зрения гейм-дизайна. По сути, это пункт в игре жанра FPS или tower-defense, которое является для противника бутылочным горлышком. Советую, в частности, почитать эту статью из журнала Bowhunting Magazine – там примечательные картинки, отлично иллюстрирующие концепт засадных точек, а также детальное описание того, как охотник может их использовать.

Как правило, охотники приходят к засадной точке поутру, строят лабаз или охотничью будку, а затем ждут звериных, которые на рассвете идут через это бутылочное горлышко на выгон. Они строят свое прикрытие таким образом, чтобы между ним и выгоном была линия видимости, а также чтобы ветер не дул от них в сторонку животных. Засадные точки формируются, как правило, естественным линией в равнинах между холмами или вдоль водных источников, подавая отличную точку для стрельбы по оленю, идущему к пастбищу или пункту отдыха.
Работая над зонами, где животные ходят и удовлетворяют свои надобности (едят, отдыхают и пьют), я получила массу удовольствия, выискивая пункты, где игрок может установить охотничью будку, чтобы обождать проходящего мимо оленя. Было очень приятно видать, как игроки используют эти места по их прямому назначению!
Это видео демонстрирует, как игрок находит засадную точку, а затем просто наблюдает, как звериные занимаются своими обычными делами.

«Распорядок дня»

Для меня было значительно исследовать то, как проходит день реального животного – когда собственно оно ест, пьет и отдыхает – а затем реализовать этот «график» в игре. В крышке концов, было бы очень странно, будь у ночного звериного такой же «ритм жизни», как и у дневного (т.е. бодрствующего большую доля дня).

В распорядок дня была добавлена некоторая вариативность, т.к. я старалась мастерить, чтобы в заповеднике всегда было какое-то движение! Можете представить себе лес, какой вроде как должен дышать жизнью, но на самом деле тих и покоен, потому что все животные решили, что с часу до двух у них тихий час!?

«Распорядок дня» звериного как геймплейная механика. Геймплей предусматривает изучение «графиков» звериных, чтобы затем использовать эти знания в своих охотничьих мишенях. Это вознаграждающий геймплейный элемент, т.к. разузнав о том, как олень проводит собственный день, игрок может предугадать, в каком месте его можно повстречать. Как и в реальной жизни.

Все это – результат исследований, связанных с добавлением в игру новоиспеченных видов животных… уже не говоря о бесчисленных часах, проведенных за изысканием того, как животные выглядят и двигаются!

Реалистичное поведение звериного – что это?

Чтобы создать правдоподобный ИИ, нам нужны…

Базовые потребности

Вводя еду, питье, сон и хождение между зонами, где все это происходит.

Чтобы сделать поведение звериного менее роботизированным, оно не создается по принципу «Олень! Встань тут и ешь мураву, пока не завершится твой поедательный алгоритм!» (Размышляю, всякий работавший с деревом поведения может по праву именоваться «Дрессировщиком Оленей».)

Чтобы сделать прием пищи немало правдоподобным, я добавила в дерево поведения несколько дополнительных ветвей, вводя:

Поиск новой позиции, находящейся на случайном расстоянии (но по-прежнему в пределах выгоны)
Перемещение вперед с одновременным поеданием травы (как газонокосилка!)
Несложное опускание головы, чтобы пощипать траву случайное число секунд, а затем ее поднятие

В промежутке между этими поведениями у звериного может запуститься анимация бездействия (вроде тряски башки, смотрения влево/вправо, чесания/кусания самого себя и т.д.). В итоге все это выглядит очень здорово, даже в больших группах, т.к. поступки животного предусматривают достаточную случайность, благодаря чему поведение выглядит немало естественным.

Я также добавила еще несколько ветвей, чтобы разнообразить пора, когда животные покидают одну «зону потребности» (еды, питья, сна) и выдвигаются в сторонку другой. Было бы странно, если бы все члены стада вдруг перестали есть, а потом одновременно куда-то пошли. Я сделала так, что «лидер» группы «решает», что пришагала пора выдвигаться, после чего другие члены группы, исподволь заканчивая со своими делами, двигают следом. Это как раз одно их таких поведений, какие игроки просто не замечают, т.к. оно выглядит очень естественно… Но если бы олени, словно кучка роботов, одновременно мастерили одно и тоже, об этом наверняка написал бы каждый другой рецензент!

Приманивание

Охотники часто пользуются так называемыми «манками», чтобы скотина подошло ближе… и каждое виртуальное животное реагирует на зов по-разному.

Как и в шутерах, где у неприятелей есть поведение типа «занять укрытие» (перекатиться, перебежать к позиции X и т.д.), в theHunter есть поведение образа «приближение». Поскольку игроки видят этот элемент ИИ весьма часто, было крайне важно сделать реакцию на манок максимально правдоподобной.

Это видео демонстрирует, как в theHunter: Call of the Wild на манок реагирует европейская лань. (Игрок видает, когда именно сработала «сигнальная система» лани, переключив поведение звериного с «приближения» на «тревогу», а также то, какой именно орган эмоций отправил сигнал тревоги – зрение, нюх или слух). Вот то же самое, но в реальной существования. (Лань бежит чуть быстрее, т.к. это самый разгар супружеского сезона – самец думает, что кто-то вторгся на его территорию!).
В дереве поведения мастерить такие вещи одно удовольствие, т.к. разработчик ИИ может задать различные углы подхода и скорости передвижения. В результате получается вящая вариативность в том, как разные виды отвечают на приманивание, поэтому игрок никогда не уверен на 100%, какой собственно способ выберет животное. («Побежит рысью? Попросту пойдет? С какого угла? Остановится? Пойдет прямо на меня? Сделает ответный зов и откроет свою позицию?».)
Поскольку животное может подойти к охотнику с любой сторонки, игроку может потребоваться просто сидеть, наблюдать и ожидать момента для хорошего выстрела. (Я расскажу об этом подробней в главе о поведении «боль», но игроки, как правило, целят животному в спину, сердце или легкие, поэтому угол обозрения имеет важное значение.)

Тревога

Геймплей должен быть выстроен так, чтобы игрок разом понимал, что он вспугнул животное, а также то, как именно он его вспугнул. Бьорн повторял это на протяжении всей разработки CotW: «Для реакции звериного должна быть какая-то причина». Если животное реагирует попросту так (с точки зрения игрока), игрок может посчитать, что дело в нехорошем ИИ, и бросит игру.

В реальной жизни многие виды оленей (и иные виды, включая рыжую лису), издают звук, чтобы предупредить об опасности иного оленя. Мы использовали это, чтобы показать игроку, что животное было потревожено (аналогичным манером в стелсах и шутерах противник, почуяв неладное, может произнести «Кто здесь?»). На этом моменте игроки, как правило, задерживают скорость и меняют стойку (приседают или ложатся), чтобы скотина их не обнаружило.

Изучив то, как работают органы чувств у разных звериных, я поняла, что тревожное поведение можно использовать, чтобы показать уникальные характеристики облика. К примеру, лишь некоторые виды оленей могут определять недвижимые и двигающиеся объекты – у большинства сигнальная система «урезана» до обнаружения лишь тех объектов, что двигаются. Кроме того, некоторые виды оленей имеют отличное интуиция (вдобавок к хорошему зрению). Поэтому на них сложно охотиться, особенно если они существуют у себя дома, т.е. в гористо-лесной местности (как благородный олень).

Степени «сигнальной системы» у лани и косули отличаются, поэтому игроку необходимо подбирать разные тактики для охоты на них. Лань была сделана немало «простым» животным, т.е. если она вас заметит, то вы можете продолжать подвигаться в ее сторону, и она с большой вероятностью не подаст никаких признаков тревоги. Но косуля в подобный ситуации начнет «лаять» (издавать предупреждающий звук). Это значит, что игрок, будучи примеченным косулей, должен изменить метод приближения – отступить, сделать сферы и подойти к животному с другой стороны. Отступая, игрок сходит из зоны слышимости, а затем и «очищается» от запахового следа.

Разумеется, манок дает охотнику преимущество. Однако эта механика была сбалансирована линией добавления сложности для более старых (и имеющих более рослый ранг) животных. Игроки/охотники, как правило, хотят подбить дичь покрупнее… но в нашей игре для этого придется хорошенько постараться! Ниже я расскажу об этом чуть подетальнее, но старые животные реагируют на манок реже, чем обычные. Кроме того, как я уже сообщала, они живут в более сложных локациях и имеют более отзывчивые органы чувств.

Когда игрок настораживает животное, у него активируется анимация для сработавшего органа эмоций – оно начинает принюхиваться, присматриваться или прислушиваться. Таким образом игроку дается подсказка, какое собственно действие потревожило животное.

Боль и попадание в разные доли тела

Поскольку игрок не знает, в какой орган угодил (а, следовательно, как долго нужно следить за животным), «болевое» поведение надлежит быть очень детальным, ведь оно содержит важную информацию для игрока. Уместно, вот пример болевого поведения. Анимационная команда CotW проделала фантастическую труд – благодаря им каждая анимация читается как открытая книга.

Основной элемент франшизы theHunter – это этичная охота, суть какой в том, что игроков поощряют убивать животных как можно гуманней. Для тех, кто не охотится, понятие «этичной охоты» представляется странным (мне тоже пришлось хорошенько разобраться, что это такое), но в нем немало правил – которые разные охотники понимают по-разному – устремлённых на то, чтобы минимизировать страдание животного. Читать об этом было весьма интересно. Изучая тематику охоты, я прониклась огромным почтением к охоте и тому, как разные охотники подходят к этике (в частности, эти отличия хорошо видны между охотниками из стран и регионов).

В играх, где неприятелями выступают люди, как правило, в большом почете хедшоты, но в охоте все не так однозначно. В охоте хедшоты – вина для споров, и охотник может не выстрелить животному в голову как раз из-за соображений гуманности (тут важную роль играют факторы вроде ветра и размера/толщины черепа).

Охотники/игроки, как правило, пытаются угодить в спину, сердце или легкое, поэтому важно, чтобы у модели звериного при попадании в определенную часть тела включалась соответствующая анимация, не сообщая уже об изменении других аспектов ИИ вроде дистанции бега.

Углубленный ИИ

Сейчас, когда мы разобрались с основами дизайна ИИ для новых видов звериных, давайте рассмотрим, как этот ИИ можно усовершенствовать.

Как я уже говорила, игроки (особенно натуральные охотники) сразу понимают, когда ИИ животного сделан кое как. Это как с расцветай локализацией, интерфейсом или программой – игроки просто не замечают, когда продукт сделан неплохо. Но то, что сделано плохо, бросается в глаза сию же секунду.

Исследование

Я также упоминала, что в процессе разработки мне пришлось перелопатить цельную кучу материалов об охоте. Кроме шуток. Я пересмотрела уйму видео о поведении звериных. Наши утренние стокгольмские совещания начинались звуком натурального манка, а вскоре после этого некоторые из нас прилипали к монитору, вещающему картинку откуда-то из США, где олени начинали потихоньку собираться на выгон.

(В конце концов дошло до того, что мне начали сниться сны об оленях, весело резвящихся в травяных полях. Абсолютно не скучаю по этим снам! То же самое было, когда я в колледже обучала китайский – мне снились странные китайцы, смешно болтающиеся в космосе.)

Глядеть столько видео о поведении животных было, конечно, необязательно… но оно того стоило! Я отыскала много такого, чего в руководствах по охоте и поведению звериных не было и в помине. Я часами смотрела видео, изучая поведение различных видов, а затем пыталась найти наилучший способ для внедрения своих находок в игру. Я находила в видео такие особенности поведения, какие не смогла найти больше нигде.

Детали, делающие вид уникальным

К образцу, если вбить в поиске «как косуля приближается к источнику звука от манка», вы вряд ли найдете детальную информацию об паттернах ее поведения вроде S-образного перемещения (у лани паттерн перемещения напоминает зигзаг), скорости приближения и иных странных деталей, которые охотник запоминает со временем, приманивая натуральных косуль.

Влияние человека на природу

Работая над ИИ для theHunter: Call of the Wild, я вдруг для себя поняла, что люди тоже влияют на поведение звериных. В итоге я решила добавить в ИИ соответствующие поправки.

К примеру, чем вяще люди вторгаются на территорию животных, тем сильнее животные привыкают к людям, в крышке концов все чаще заглядывая в окрестности городов. До 1981 года в США не было ни одного зарегистрированного нападения койота со летальным исходом, а до 2009 года в мире не было ни одного зарегистрированного нападения койотов на взрослого человека со летальным исходом. Если интересно, вот ссылка на документалку о нападении (к сожалению, фатальном) койота на молодую канадскую фолк-певицу Тейлор Митчелл (Taylor Mitchell).

Желая многие животные от природы боятся человека, эксперты находят, что хищники постепенно забывают этот страх, поэтому его необходимо снова внушить, чтобы остановить атаки на людей. (К слову, исконные американцы, как говорят, пугали диких животных, тем самым поддерживая свое доминирующее поза).

И это одна из многих деталей, реализованных в игре, однако я вместо того, чтобы прибрать жертв и хищников с человеческих территорий (точек интереса), навыворот, совместила места обитания человека и животных, чтобы показать, что звериные привыкли к людскому присутствию.

(Если вы работаете над ИИ инопланетного звериного, то этот подход можно использовать для добавления нарративных элементов. Пояс обитания одного вида можно совместить с зоной обитания иного, но сделать так, чтобы животные за километр обходили места, где как-то проигрывали в конфликтах.)

Созданный мной ИИ имеет еще уйму иных аспектов, о которых можно было бы рассказать, но лучше, если вы опробуете их сами, поиграв в theHunter: Call of the Wild.

Желая обычный игрок, не разбирающийся в поведении животных, может пропустить массу нюансов, их сочетание формирует правдоподобный ИИ, способный всегда преподносить игроку приятные сюрпризы. Конечно, игроку необходимо наиграть много часов в theHunter: CotW прежде, чем он поймет разницу, к образцу, в приманивании разных видов оленей, но все эти маленькие детали, повторюсь, вносят ощутимый лепта во впечатления от игры.

В заключение

Если судить с точки зрения ИИ-дизайнера, theHunter: Call of the Wild был по-настоящему фантастическим проектом! Передо мной стояла задача в реализации правдоподобного поведения звериных, но в то же время оставался простор для творческой свободы (например, при труду над приближением животного к охотнику).

Играя в другие игры и уча, как создается ИИ в играх других жанров, я поняла, что мои знания о том, как реализовать реалистичное поведение звериных, применимы и в других типах ИИ-дизайна.

Во-первых, мои методы можно применить к реализации поведения первобытных людей, а также инопланетян и иных видов научно-фантастических и фэнтезийных существ. (Если вы следили за разработкой Horizon Zero Dawn, то наверняка видали, что они тоже использовали видео с животными в качестве референсов для своих «анималистических машин».)

Трудясь над CotW, я также научилась другим техникам, хорошо помогающим в реализации ИИ. Взять, к образцу, ту же работу с игровым окружением (имеются в виду засадные точки и то, как реализовать их на игровой карте), какая стопроцентно применима в играх другого жанра.

Признаться, было весьма трудно (и я еще преуменьшаю) создать действительно реалистичное поведение звериных в игре, которая должна быть для игрока одновременно сложной и увлекательной. Однако видеть, как мои находки и дизайн ИИ собираются воедино, было безумно симпатично. Также очень благотворным фактором было то, что многие разработчики трудились над оригиналом theHunter и обогатили создание игры многими предметами, которым они научились при создании первой части.

Гейм-дизайнеры и ИИ-дизайнеры CotW сообща сидели над множеством разных аспектов игры, чтобы дать фанатам theHunter детальный и реалистичный охотничий эксперимент. Некоторые игроки заметили разницу между поведениями различных видов животных, и им даже понравилось!

Спасибо командам Avalanche Studios, Expansive Worlds и theHunter! Трудиться над theHunter: Call of the Wild было потрясающе. Также отдельное благодарю Патрику Энцу (Patrick Enz) и Дэну Пику (Dan Peake), трудившимися над дополнительными видами и поведением хищников.