Беги, да не спотыкайся: как устроен ИИ в Death Stranding

Пересечённая местность оказалась головной болью не только для игроков, но и для самих разработчиков.

ИИ-программист Kojima Productions Эрик Джонсон выступил с докладом на GDC 2021, в ходе которого рассказал, как устроен искусственный интеллект в Death Stranding. Большего всего внимания Джонсон уделил вопросам построения навигационной сетки и поиска пути в отрытом мире. Мы выбрали из лекции главное.

Окружение Death Stranding наполнено множеством препятствий и труднопроходимых зон, которые представляют из себя проблему не только для игрока, но и для NPC. Для разработчиков было важно, чтобы ИИ адекватно воспринимал все неровности вокруг себя и корректно перемещался по миру, но при этом продолжал представлять опасность для игрока.

В Death Stranding есть несколько типов противников, каждый из которых имеет свои особенности поведения. Есть МУЛы — их цель заключается в том, чтобы отобрать посылки у главного героя, поэтому они не используют огнестрельное оружие. Вторая группировка — террористы, которые пытаются убить Сэма. Они активно пользуются укрытиями и огнестрелом. Третий тип — мини-боссы, во время схваток с которыми ландшафт окружения кардинально преображается. Ещё есть BT, но они малоподвижны, поэтому их можно не рассматривать в контексте перемещения по миру.

Разработка ИИ шла постепенно: сначала авторы добавили врагам базовые функции, чтобы можно было опробовать геймплей, а лишь затем начали думать над тем, как поместить NPC в открытый мир.

Для передвижения по миру Death Stranding ИИ использует навигационную сетку (navmesh), состоящую из полигонов. Navmesh покрывает все поверхности, по которым могут передвигаться NPC. Если какой-то участок пространства не покрыт навигационной сеткой, то NPC не сможет зайти на него.

Одна из главных черт геймплея Death Stranding заключается в том, что игрок должен аккуратно выбирать свой маршрут: он должен избегать камней, о которые можно споткнуться, не залезать на скалы, с которых можно упасть, не идти через глубокую реку, течение которой может легко сбить персонажа с ног.

Разработчики стремились сделать так, чтобы NPC учитывали все эти особенности, а также умели преодолевать препятствия и избегать опасные участки.

Чтобы NPC понимали, где передвигаться безопасно, а где — нет, разработчики поделили все navmesh-полигоны на несколько групп: по голубым передвигаться просто, по жёлтым — сложнее, по красным — ещё сложнее. Соответственно, ИИ умеет распознавать труднопроходимые зоны, поэтому стремится их избегать.

С появлением системы Placement Painting поведение NPC стало более правдоподобным. Но вместе с этим появились и проблемы — поиск пути на столь детализированной навигационной сетке тратит много вычислительных ресурсов.

Для процесса pathfinding разработчики использовали алгоритм A*, который занимается поиском оптимального и наименее трудозатратного маршрута, сравнивая «стоимость» разных путей. Так как в Death Stranding зона для поиска пути может быть очень большой, команда ограничила процесс 500 итерациями.

В итоге разработчики получили систему, в которой pathfinding оказался слишком ресурсоёмким, а сам поиск пути не всегда приводил к цели. Тогда команда поняла, что ИИ должен самостоятельно запускать генерацию маршрута, если ему это необходимо. Оставалось лишь понять, какие события будут триггерить поиск пути.

Есть два распространённых способа реализовать это решение — рейкаст и таймер, — но они оба не подходят. Рейкаст не подходит, потому что он реагирует на проблему слишком поздно, поэтому NPC постоянно опаздывал бы с запуском поиска пути. А таймер не подходит, потому что сложно задать универсальный интервал, который был бы эффективным во всех ситуациях. К тому же этот подход слишком ресурсоёмкий, а маршрут получается нестабильным.

Команда использовала таймер на ранних этапах разработки — система перезапускала процесс два раза в секунду и просто направляла NPC к цели, которая была на предыдущем прогоне.

Один из серьёзных багов этого подхода заключался в том, что во время движения NPC система могла находить новые пути. Из-за такой нестабильности был высокий риск того, что NPC не смогут адекватно передвигаться по пространству.

Команда поняла, что ей нужна система, которая:

Разработчики придумали систему для распознавания пяти ситуаций, в которых может потребоваться пересоздать путь.

В результате разработчики создали Event-Based Repathing систему, которая отвечала всем требованиям: она могла реагировать на самые распространённые проблемы, при которых нужно заново искать путь, но при этом делала это не слишком часто, чтобы не забирать вычислительные мощности.

Несмотря на свою эффективность, у новой системы поиска пути были свои проблемы. Но с большинством разработчикам удалось справиться. Интересно, что некоторые решения удалось найти в постах 2010 года в блоге Digesting Duck.

По словам Джонсона, основное ограничение всей этой системы возникло в ситуациях с резким перепадом высот. В такие моменты NPC приходится искать обходной путь, который может находиться намного дальше его возможностей по поиску пути.

Чтобы справиться с этим, разработчики использовали технологию движка Decima под названием AI Road Network. Её можно описать как сеть дорог, дополняющих систему поиска пути в Death Stranding: NPC могут переключаться на AI Road Network, если не могут найти маршрут при помощи базовой системы поиска пути.

В Death Stranding есть ситуации, когда навигационная сетка должна сгенерироваться для динамических объектов. Например, это происходит в моменты столкновения с мини-боссами: из земли появляются здания, на которые может забраться не только игрок, но и противник.

Динамические объекты встречаются и вне столкновений с мини-боссами. Большинство таких объектов помечаются на навигационной сетке как пропсы.

Игрок использует лестницы, чтобы добраться до труднодоступных мест. Так как противники должны уметь забираться туда же, куда и Сэм, разработчики должны были придумать, как научить NPC залезать на лестницы. Команда начала с того, что посчитала все варианты использования лестниц.

В перестрелках противники используют систему укрытий, чтобы защититься от выстрелов игрока. Система автоматически подбирает подходящие места, измеряя длину потенциальных укрытий.

Джонсон отметил, что некоторые вещи так и не удалось реализовать в Death Stranding. Например, систему bidirectional pathfinding или процедурную расстановку точек для прыжков.

#ии #опыт #левелдизайн #deathstranding