GDC 21 |《原神》开放世界如何管理 NPC 的 AI

原文发表于4Gamer.net,GNN繁体中文编译,此处仅做简单的简中转换以及部分词语的更改。

2021 年 7 月 22 日,以线上形式举办的世界最大级游戏开发者会议 Game Developers Conference 2021 当中,由 miHoYo 的 Lead AI Programmer Shuo Xu 发表了以「’Genshin Impact’: Building Scalable AI System」为主题的演讲。

《原神》(PC / PS5 / PS4 / iOS / Android)是一款 2020 年推出的开放世界 RPG,在手机与 PC 等平台博得世界级的人气。据说 Xu 先生是以负责人的身分参与设计该作的 AI 系统(在 3 年的制作下完成……)。本次演讲,为各位介绍一款在广大地图展开的开放世界型线上游戏,是透过什麽样的 AI 建构而成。

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最初为各位解说的是 AI 系统结构(AI architecture),《原神》采用了多种类型的 AI。

人类、野生动物、战斗中的 NPC 都分别采用个别的 AI,据说在推出的初期阶段有 200 种以上的数量。因此孕育出游戏设计师对於更有效率地制作出 AI 的工作流(Workflow)的需求。作为一款会持续改版更新的线上游戏,管理这些相关事务的工作便是 AI 框架(AI framework)的职责所在。

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最初是以较为阳春的方法透过 AI 框架来组织出行为树(Behavior Tree),但是树状结构逐渐膨大,并且还有副行为树与大量节点的连结,在追加新的逻辑(Logic)时变更树状结构已经是很复杂的工程,同时判断难以持续维持这样的体系。

从此开始建构出独立的 AI 管道(AI Pipeline),能够根据每个功能的推论模组(Inference Module)打散成不同的团体(Group),针对有需求的地方进行更新。接下来进入决策树(Decision Tree)的部分。这是一项近似於行为树的功能,但是仅只会做出各项决定与判断的轻量化功能。以这些决策为基础,决定发动技能或是进行移动等行为。具体的表现形态将以动画呈现,而这部分则是透过传输适当的参数给动画系统执行。这一连串的工作处理将在每一个框架的管理下进行运作。

讲者表示,采用这项系统结构,能够以模组分类的方式开发各项功能,并且在制作新种类 AI 的时候还可以组合原本既有的模组来进行使用。功能上来说都各自独立,因此在开发新的 AI 功能模组的时候,也不会有对其他功能产生影响的疑虑。

也因此能够赋予每个 NPC 个体不同的个性以及特殊能力。不只如此,就连 BOSS 级角色也能够轻易实现出独具特色的行动方式。

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为了综合满足以上需求所开发的工具就是 Key State Manager。这是一项有限性的状态机(State Machine),在战斗等时刻会启动,根据 BUFF 的状况或其他数值情况驱动。以此举例的是 Fire Slime 的例子,游戏设计师能够编辑好适当的状态转移(State Transition),并组织进入 AI 的系统之中。

透过上述的 AI 管道与 Key State Manager 的运用,构筑出新的 AI 框架。

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《原神》有一些开放世界性质上的制约存在。在移动时所使用的导航网格(Navigation Mesh),在刚推出时超过 70 平方 km 的地图上,必须采用到高达 6GB 大小的导航网格。话虽如此,这个容量本身并不是什麽太大的问题。现在已经是连手机都能运行 10GB 左右的时代,并且《原神》的导航是由伺服器端进行处理,6GB 程度的话似乎完全不算什麽问题。

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投影片中显示的导航网格的例子,是横跨多层的 3 次元结构的地图,构造上来说相当复雑。据说这是 1 平方 km 左右的范围。

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再加上城镇中到处放有 2m 左右的狭窄道路,相当考验导航网格的精密度。对此曾反覆进行过多次实验,最终决定 Tile Size 为 128,Pozel Size 为 0.125m 是理想的配置。

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如上所述,导航的部分由伺服器端进行处理,发送出现在位置与目的地以後,就会自动回应出可行的路径(或者是没有路径)。

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话虽如此,地图内存在着许多移动性的障碍物。为了对应这些状况,会根据连接的玩家个别留有一定的记忆体,并且能够应对各种可能发生的情况。在玩家识别出会阻碍道路的岩石的时候,伺服器会确保更新後的导航网格用拥有追加的记忆体,并用来对应此玩家的状况。

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放置障碍物以前的路与放置後的路
这个系统是以有 30 人以上 NPC 移动的状态,在 60fps 下运作的前提下设计而成,在最优化以前的阶段据说需用到 2~3ms 程度的 AI 处理。在当时似乎也遇到过热方面的问题,在本次演讲里面并没有多提。但毕竟是需要处理过热问题的情况,单纯以多执行绪(multithreading)来进行处理似乎是不可行的(处理效率的确会提升但热能也会升高)。

因此导入 AI 团队的就是这项 LoD(Level of Deteil)的概念。在过去介绍过「Death Stranding」的 AI 相关报导中也有采用 LoD,看来在必须处理多名 NPC 的开放世界算是一项必须的技术也说不定。

言归正传,《原神》之中使用了 3 个阶段的 LoD AI。根据距离切换的 2 个阶段以及战斗中的 1 个阶段。在战斗中虽然会全面运作,非战斗的情况下在玩家周围的 AI 处理也会以 30fps 的情况进行。较远的情况下则会以 5fps 的方式省略动画的处理。

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方才虽提到不太可行,但是为了提升 CPU 的计算能力仍然会采用多执行绪的作法。这部分的使用时机是在每个 AI 模组从主执行绪呼叫出来的时候,建立出工作执行绪(Worker thread)。然而,直接运作仍会对 AI 处理上造成较重的负担,对此需要进行优化的作业,让每个框架中 2~3ms 减少至 0.5ms 的目标。演讲中并没有提及具体作法如何,但能够看出整体上投入相当的工程。

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作为统整,为了管理广大开放世界的 AI,需要建构出新型态的 AI 框架,庞大的道路探索资讯交由伺服器端来综合处理,透过 LoD 减轻负荷等多元手段进行处理上的优化作业,才能实现出这等规模下的 AI 处理。能够认识到支持当红游戏的诸项技术,着实是令人深感兴趣的一堂课。

来源:GNN
地址:https://gnn.gamer.com.tw/detail.php?sn=218855【编译自4gamer】

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