はじめてのAI~ 愛のあるAIを作ろう

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May 12, 22

ue4

スライド概要

Unreal Fest 2016 大阪で登壇した際に使用したスライドです。
一部当日の内容に注釈を新たに加えました。
一通りの内容を読んでもらえると、UE4のAI機能ついてを俯瞰することができると思います。

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関西を拠点にUnreal Engineを専門とするゲームスタジオ、Indie-us Games代表&クリエイター。

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関連スライド

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Unreal Fest 2016 大阪 はじめてのAI~ 愛のあるAIを作ろう フリーランス ゲームクリエイター 中村 匡彦

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自己紹介 名前 : 中村 匡彦 ネット上では主にalweiという名前で活動中。 Twitterでは『@aizen76』でやっています。 元々はゲームプログラマー。2年前から独立してフリーに。 関西圏を中心にUE4コミュニティの拡大させるために活動中。

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自己紹介 著書 Unreal Engine 4 ブループリント 逆引きリファレンス 翔泳社様より絶賛発売中 技術ライターみたいなこともやります。 比較的いつでもお仕事募集中です。

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今回のお題は『AI』

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UE4のAI機能群 ブラック ボード ビヘイビ アツリー ナビゲー ション メッシュ AI Controller AI Components EQS この他にもまだあります

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AIの概略図 ビヘイビアツリー & ブラックボード キャラクター AI Controller これらはそれぞれ 別物として機能

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キャラクター UE4上では『Character』クラスのことを指します。 『Pawn』クラスでもOKですがここでは『Character』に。 AIとしては見た目やコリジョン部分を担当します。 アニメーションはスケルタルメッシュにお任せ。 基本的にロジックは実装しません。 ここにAIの仕組みを乗せていくことになります。

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AI Controller AIの心臓部です。 AIに対する指示系統全般を担当。 『Character』に所有させることによって、AIとして機能。 ナビゲーションメッシュの機能もここに。 ビヘイビアツリーの起動もAI Controllerから行います。 全てのAI機能のまとめ役。

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ビヘイビアツリー & ブラックボード 『ビヘイビアツリー』 AI自体の行動ロジックを決める仕組み。 ノードツリー形式にAIがどう思考するか可視化。 『ブラックボード』 AIの記憶領域(メモリー)。 AI内で各種情報を共有する際に利用されます。 この二つはお互い密接に関連性があります。

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AIのセットアップ まずはそれぞれのアセットを新規作成。 AI Controllerやビヘイビアツリーを作成しておく。 詳しい手順は公式ドキュメントにあります。 『ビヘイビアツリーのクイックスタート ガイド』 https://docs.unrealengine.com/latest/JPN/Engine/AI/Behavior Trees/QuickStart/index.html

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ナビゲーションメッシュ AIにレベル上のメッシュのどこが通過可能かを教える仕組み。 UE4では『Nav Mesh Bounds Volume』というアクターを 配置すると自動的に生成。 『P』キーを押すと緑色で可視化。 あとは『Move To』ノードなどを 使用するだけで利用可能。

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ビヘイビアツリーの仕組み ルートノードから始まり、必ず左側から実行し、右側へ。 ひとつ実行が終わると親ノードに戻り、次の子ノードを辿る。 実行順序を変えることはできません。 ナビゲーションメッシュを 使用しなくてもビヘイビアツリーを 利用すること自体は可能です。

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ビヘイビアツリーノード

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ルート ビヘイビアツリーで最初に実行される親ノード。 何かをするわけではないですが、 ビヘイビアツリーを実行するために なくてはならないノード。 すべてはここから。

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コンポジット 各ノード間を繋ぎ合わせるために利用可能な唯一のノード。 最も重要とされるのが 『Sequence』と『Selector』 のふたつのノード。 このノードによりフローの 分岐が可能となる。

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タスク AI自体が実行する作業をまとめたノード(紫色)。 主にAIはタスクを自作して、 それらを繋ぎ合わせていくことで 制御を行うことになります。 作業が完了、もしくは失敗と判断 した場合、次のタスクへ移行。

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デコレーター 各ノードにくっ付けて利用可能となるノード(青色)。 条件を設定することが可能で、 必要に応じて子ノードの実行を 強制的に停止したり、 キャンセルすることができる。

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サービス デコレーターと同じくノードにくっ付けます(緑色)。 タスクとは別作業を並列に何か してほしいという場合に利用。 AIの状況を監視したい等のケース によく利用されます。 標準ノードはほとんどない。

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まずはコンポジットとタスク! 何はともあれ、まずはコンポジットとタスクを理解しましょう! このふたつのノードさえ理解していれば、 とりあえずなんとなくでもビヘイビアツリーは使えます。 不便だなと感じてきたらデコレーターとサービスも併用し、 『あ、こりゃ便利や!』と思ったらそれで十分です。

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フロー制御(Sequence) Sequenceノードを使うとタスクを左から順番に実行します。 ひとつでも失敗が発生すると 実行を停止して親ノードに 処理を戻します。 全てのタスクが成功を返すと Sequenceも成功を返します。

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フロー制御(Selector) Selectorも左から順にタスクを実行しますが判定が違います。 こちらはひとつでも成功 すると親ノードに処理を 戻してしまいます。 全てのタスクが失敗すると、 Selectorも失敗を返します。

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タスクの成功・失敗の判断 分岐に利用するタスクの成功と失敗の判断は、 『BTTask_Blueprint_Base』クラスにある『Finish Execute』 というノードを使用して判断します。 引数ピン『Success』により、 成功・失敗を判断し、タスク実行を 終了して次のタスクへ移行します。

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フロー制御まとめ 『Sequence』 ・子ノード全てが成功を返す→Sequenceも成功を返す ・子ノードいずれかが失敗を返す→Sequenceも失敗を返す 『Selector』 ・子ノード全てが失敗を返す→Selectorも失敗を返す ・子ノードいずれかが成功を返す→Selectorも成功を返す

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変数共有の仕組み(ブラックボード) 各ブループリント内でタスク、サービスなどで変数を 利用する場合には『ブラックボード』を使用します。

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変数共有の仕組み(ブラックボード) 『Set~』『Get~』を使って『Key』に指定した変数を作成し、 そこに値を代入、取得すればAI内での変数共有が可能に。

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AI作成の実践

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AI Components

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AI Components コンポーネントとしてAI用のものが用意されています。 ・Pawn Sensingコンポーネント ・Pawn Noise Emitterコンポーネント ・AI Perceptionコンポーネント ・AI Perception Stimuli Sourceコンポーネント

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Pawn Sensingコンポーネント AIにSense(感覚)を与える ことができるコンポーネント。 『視覚』と『聴覚』を感じる ことが可能となり、 範囲内にいるアクターを 自動的に検知できるように。

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Pawn Sensingコンポーネント 『OnSeePawn』&『OnHearNoise』イベントで通知。

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Pawn Noise Emitterコンポーネント 『Make Noise』で音を実際に発生させる。 『OnHearNoise』イベントでAIが音を検知可能。

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AI Perceptionコンポーネント Pawn SensingコンポーネントはSense(感覚)で、 AI PerceptionコンポーネントはPerception(知覚)を検知。 知覚はより複雑な感覚検知が可能となる。 AI Perception Stimuli Sourceコンポーネントを使うと 登録するSense Classを指定することができる。

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AI Perceptionコンポーネント オリジナルの感覚クラスが作成可能で汎用性重視。 デフォルトで用意されている『AI Sight Config』クラスでは 敵、味方、それ以外を見分けることが可能。 更に視界に入ったアクターだけではなく見失った場合でも そのアクターを通知することができる。

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AI Perceptionコンポーネント Pawn Sensingコンポーネントと比べて、直感的ではない。 使い方もドキュメントは存在せず、ソースコードを読んで 理解できる人でないと 使いこなすのは難しい。 Epic Gamesが拡張前提の設計で 作っているようなので今後に期待大。

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Environment Query System

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EQS(環境クエリーシステム) レベル上から情報を収集し、必要な情報をAIへと 回答(クエリー)を与えてくれるシステム。 例えば、広いマップ上のどこへ移動するのが最適か? 敵に囲まれた時、どこへ逃げるのが最適か? なるべく弱ってて、なるべく近くにいるのはどの敵か? 簡単に情報を収集してスコア形式で受け取ることが可能。

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EQS(環境クエリーシステム) プレイヤーから逃げるのに、最適な位置を探しだすEQSの例。 距離やトレース情報、 内積による角度計算を行い、 その位置へは到達可能かを EQSが判断してスコア化する。 スコアが最も高いものを利用する。

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EQSの視覚化 『EQSTestingPawn』を作成して配置するとスコアを可視化可能。

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EQSの要素(ジェネレータ) アイテムと呼ばれる、位置やアクターを生成するモノ。 ジェネレータが生成した、アイテムをスコア付けして、 最も高いものをビヘイビアツリー上で受けとることが可能。 EQSにおいて最も重要な部分。

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EQSの要素(テスト) 実際にスコアをつけるためのテスト基準。 このテストで最も良いスコアをだしたアイテムが 結果としてビヘイビアツリーへと返る。 距離や内積やトレースなどの標準のテストがあり。 テスト次第でAIが賢くなったりバカっぽくなったりする。

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EQSの要素(コンテキスト) ジェネレータやテストで基準となる何か。 例えばプレイヤーを基準に動きたいという場合には、 プレイヤーをコンテキストとしてAIに与えて、 プレイヤー位置などをEQSの判断材料とすることが可能。 コンテキストはアクターとして取得できれば何でもOKです。

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ゲームプレイデバッガー

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ゲームプレイデバッガー 実行中に『’』キーを押すとAIのデバッグ機能が起動。 ※英語キーボードのみ。 日本語キーボードは コンソールコマンド 『EnableGDT』を プレイ中に入力すると ゲームプレイデバッガー が起動します。

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ゲームプレイデバッガー ビヘイビアツリーやEQSのスコアやナビゲーション情報など、 あらゆるものを視覚化。 リアルタイムに確認可能なので、 実行しながらAIの動作検証が 可能となっています。 一部エディタの環境設定が必要。

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まとめ UE4のAI機能を軽くみてきました。 実はまだ他にもAIの機能があります。(群集AIとか) UE4のAIは今もまだ発展途上という感じですが、 一部は既にかなり実用的なものばかりです。 ぜひこれらのAI機能を使って可愛いAIを作ってあげてください!

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ご静聴いただき、 ありがとうございました!