IA en Videojuegos
   José Carlos Cortizo Pérez
  CTO Social Gaming Platform
José Carlos Cortizo
 Mi relación con la IA y los videojuegos
José Carlos Cortizo
• Cofundador y CTO de
 • AINetSolutions
 • Social Gaming Platform
• Profesor e investigador en la UEM
...
I+D (Universidad)
• 10 proyectos nacionales/europeos
 • MAVIR/MAVIR2
 • ISSE/SINAMED
 • ASTROCAM/MEIGA/TECAD-F
 • MOBIHELP...
I+D (Empresa)

• Sistemas de Recomendación
 • Integrando contenidos, filt. colaborativo y
    elementos sociales
  • Escala...
Workshops
• 1st International Workshop on Mining
  Social Media (CAEPIA 2009); 2ª edición
• 1st Int. Workshop on Adaptatio...
Wipley

• Red Social de Videojugadores
• Además, “campo de pruebas” para nuestra
  tecnología
• El campo de los videojuego...
Más sobre mi


• Blog/Página personal: http://www.josek.net
• Twitter: @josek_net
IA y Videojuegos
   Entramos 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...
Qué no esperar

• Un curso “estándar” sobre IA
• Estudiar a fondo la integración de IA en
  videojuegos
• Desarrollar nuev...
Organización temporal
• 3 clases
 • Clase 1: IA y videojuegos (panorámica)
 • Clase 2: ¿Qué IA aplicar en vuestros
    jue...
Orígenes
Orígenes

• Ajedrez/damas/juegos “de mesa” y lógica
• Arthur Samuel 1959: “Some Studies in
  Machine Learning Using the Ga...
Orígenes
• Años 70: juegos para 1 jugador
 • Qwak, Pursuit, hunt the Wumpus, Star
    Trek
• Movimientos de los enemigos a...
Orígenes
• Space Invaders (1978) y Galaxian (1979)
  utilizan funciones hash en basadas en las
  acciones del jugador) par...
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”
• Jue...
El “boom” de los 90

• Los años 90 supusieron un boom en cuanto
  a nuevos géneros de videojuegos y con
  ellos nuevas téc...
Y avanzando...

• Juegos como Battlecruiser 3000AD (1996)
  añadieron la aplicación de redes neuronales
• Creatures o Blac...
Última década +/-

• GoldenEye 007 fue el primer FPS en utilizar
  IA que reaccionara a los movimientos y
  acciones de lo...
Última década +/-

• Halo (2001) permitía a su IA utilizar
  vehículas y otras acciones tácticas. La IA
  podía reconocer ...
Última década +/-

• En Far Cry (2004) los enemigos
  reaccionaban al estilo de juego del jugador,
  así como empleaban tá...
Lo más reciente

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

• Left 4 Dead (2008) genera de forma
  procedural diferentes experiencias para los
  usuarios cada vez qu...
Más allá

• La IA no solo está “dentro” de los
  videojuegos
• Project Natal es un ejemplo de aplicación
  de IA en videoj...
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...
9.- Half-Life (1998)

•   Las escenas de “corte”
    son interactivas.

•   Una IA acompaña al
    jugador en los primeros...
8.- Total War (2000)

•   Control de miles de IAs

•   Modela las emociones
    de los soldados para el
    realismo de la...
7.- Thief (1998)

•   Modelado sensorial
    preciso. Permite a los
    actores con IA
    responder de forma
    realista...
6.- The Sims (2000)
•   Se usan objetos inteligentes
    para ayudar a la
    implementación de los
    comportamientos.

...
5.- Creatures (1996)
•   1ª aplicación popular de
    aprendizaje automático
    en una simulación
    interactiva

•   La...
4.- Halo (2001)
•   Los enemigos se cubren
    bien y responden
    adecuadamente

•   Los grupos están bien
    modelados...
3.- Façade (2005)

•   Interacción mediante
    PLN

•   El lenguaje provee
    formas para especificar
    el comportamien...
2.- F.E.A.R. (2005)
•   Usa planificadores para
    generar
    comportamientos
    sensibles al contexto

•   Los enemigos...
1.- Black & White
             (2001)
•   Juego basado en la
    interacción con una IA
    que aprende de
    ejemplos y ...
Panorámica de la IA
Áreas dentro de la IA
•   Deducción/razonamiento

•   Representación del conocimiento

•   Planificación

•   Aprendizaje

...
Deducción/Razonamiento


• Primeros acercamientos a la IA
• Muy relacionados con los conceptos de
  búsquedas
• Costosos e...
Deducción/Razonamiento

• http://webdocs.cs.ualberta.ca/~aixplore/
  search/IDA/Applet/SearchApplet.html
• http://ocw.mit....
Representación del
    Conocimiento
• Sistemas expertos
• Razonamiento sobre conocimiento
• Web semántica
• Ontologías
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Planificación
• Cálculo de estrategia (acciones) a
  desarrollar con implicaciones temporales y
  de coste
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Aprendizaje
• Sistemas que aprenden de la experiencia
• Categorización, regresión y clustering
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Aprendizaje
• Aplicaciones reales:
 • Filtrado de spam, categorización de webs
 • Detección del cáncer, reconocimiento de
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PLN
• Procesamiento del Lenguaje Natural
 • Buscadores
 • Interfaces persona-computador
• http://alice.pandorabots.com/
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Movimiento y
        Manipulación
• Ligada a razonamiento y planificación
• Aplicado básicamente en robótica
• Puede servir...
Percepción
• Ligado típicamente a robótica
• Maneja sensores para deducir una visión
  del mundo
 • Reconocimiento del hab...
Inteligencia Social
• Habilidades sociales y emociones
 • Predecir las acciones del oponente
 • Comprender sus motivos y e...
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
• De...
Máquinas de Estados

• Técnica muy simple pero efectiva
• También se usan máquinas de estados para
  animaciones
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Máquinas de Estados
              DandoVueltas
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Máquinas de Estados

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Máquinas de Estados
Máquinas de Estados
Ejercicio


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• Utilizada en muchos juegos
• P.e. FPS para perseguir al jugador
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A*
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• http://www.vision.ee.ethz.ch/~cvcourse/
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• 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”
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Técnicas Avanzadas

• Cada vez más podemos disponer de
  “computación adicional”
 • P.e. Play3 y sus múltiples cores
• Est...
Técnicas Avanzadas


• Son técnicas mucho más complejas
• Elegiremos las que más nos interesen y
  profundizaremos en ella...
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• Pensad qué tipo de IA aplicar en vuestros
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Presentación de la asignatura de Inteligencia Artificial para Videojuegos del Máster en Desarrollo y Diseño de Videojuegos de la UEM.

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IA en Videojuegos

  1. 1. IA en Videojuegos José Carlos Cortizo Pérez CTO Social Gaming Platform
  2. 2. José Carlos Cortizo Mi relación con la IA y los videojuegos
  3. 3. 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.)
  4. 4. I+D (Universidad) • 10 proyectos nacionales/europeos • MAVIR/MAVIR2 • ISSE/SINAMED • ASTROCAM/MEIGA/TECAD-F • MOBIHELP • 25 publicaciones en congresos y revistas
  5. 5. I+D (Empresa) • Sistemas de Recomendación • Integrando contenidos, filt. colaborativo y elementos sociales • Escalables, flexibles y generales • Otros SINS (Social INtelligent Systems)
  6. 6. 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
  7. 7. Wipley • Red Social de Videojugadores • Además, “campo de pruebas” para nuestra tecnología • El campo de los videojuegos es muy “peculiar” -> Multidimensionalidad, recencia, etc.
  8. 8. Más sobre mi • Blog/Página personal: http://www.josek.net • Twitter: @josek_net
  9. 9. IA y Videojuegos Entramos en faena :D
  10. 10. Objetivos del curso ¿Qué podéis esperar de este mini-curso?
  11. 11. Objetivos • Panorámica de la IA • Aplicaciones básicas en videojuegos • Posibles aplicaciones avanzadas • Guía/referencia para aplicar en vuestros juegos
  12. 12. Qué no esperar • Un curso “estándar” sobre IA • Estudiar a fondo la integración de IA en videojuegos • Desarrollar nuevas técnicas de IA para videojuegos
  13. 13. 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
  14. 14. Orígenes
  15. 15. 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
  16. 16. 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
  17. 17. 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
  18. 18. Pregunta 1 • ¿Cómo diseñarías una IA distinta para cada enemigo en el PacMan?
  19. 19. 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
  20. 20. 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.
  21. 21. Y avanzando... • Juegos como Battlecruiser 3000AD (1996) añadieron la aplicación de redes neuronales • Creatures o Black & White son ejemplos de comportamientos emergentes
  22. 22. 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.
  23. 23. 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
  24. 24. 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.
  25. 25. 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.
  26. 26. 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”
  27. 27. 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
  28. 28. Más info • Buen artículo en wikipedia • http://en.wikipedia.org/wiki/ Game_artificial_intelligence
  29. 29. 10 videojuegos + influyentes en IA • http://aigamedev.com/open/highlights/top- ai-games/
  30. 30. 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
  31. 31. 9.- Half-Life (1998) • Las escenas de “corte” son interactivas. • Una IA acompaña al jugador en los primeros niveles • Introduce IA de grupo
  32. 32. 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”
  33. 33. 7.- Thief (1998) • Modelado sensorial preciso. Permite a los actores con IA responder de forma realista a luz y sonidos.
  34. 34. 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
  35. 35. 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
  36. 36. 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
  37. 37. 3.- Façade (2005) • Interacción mediante PLN • El lenguaje provee formas para especificar el comportamiento de los personajes en términos de una historia dinámica
  38. 38. 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
  39. 39. 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
  40. 40. Panorámica de la IA
  41. 41. Áreas dentro de la IA • Deducción/razonamiento • Representación del conocimiento • Planificación • Aprendizaje • PLN • Movimiento y manipulación • Percepción • Inteligencia Social • IA General
  42. 42. Deducción/Razonamiento • Primeros acercamientos a la IA • Muy relacionados con los conceptos de búsquedas • Costosos en tiempo
  43. 43. 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
  44. 44. Representación del Conocimiento • Sistemas expertos • Razonamiento sobre conocimiento • Web semántica • Ontologías • http://www.youtube.com/watch? v=zXlKIJoSLVM
  45. 45. 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
  46. 46. 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
  47. 47. 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)
  48. 48. PLN • Procesamiento del Lenguaje Natural • Buscadores • Interfaces persona-computador • http://alice.pandorabots.com/ • http://www.youtube.com/watch? v=Sx3Fpw0XCXk
  49. 49. 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
  50. 50. 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
  51. 51. 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
  52. 52. IA General • “Strong AI” • Se remonta a los comienzos de la IA • “Singularidad”
  53. 53. Técnicas Básicas de IA en Videojuegos Las más utilizadas, incluso en juegos actuales
  54. 54. 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
  55. 55. 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
  56. 56. Máquinas de Estados DandoVueltas Distancia > 100 Distancia < 100 PersiguiendoEnemigo Muerto Distancia > 50 Distancia < 50 Disparando Distancia > 2 Distancia < 2 Lucha
  57. 57. 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
  58. 58. Máquinas de Estados
  59. 59. Máquinas de Estados
  60. 60. Ejercicio • Diseñar una máquina de estados para un PacMan
  61. 61. 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
  62. 62. A*
  63. 63. A* • http://www.vision.ee.ethz.ch/~cvcourse/ astar/AStar.html • http://code.google.com/p/aima-java/
  64. 64. Pregunta • ¿Para qué podríais utilizar A* en vuestros juegos?
  65. 65. Técnicas Avanzadas de IA en Videojuegos Cada vez más utilizadas, pero todavía “experimentales” en videojuegos
  66. 66. 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
  67. 67. Técnicas Avanzadas • Son técnicas mucho más complejas • Elegiremos las que más nos interesen y profundizaremos en ellas en la 3ª clase
  68. 68. Próximas Clases Deberes :P
  69. 69. 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
  1. A particular slide catching your eye?

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