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Unity 1week でつくったゲームに AIを実装してみる 2021/1/13 とりすーぷ

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自己紹介 •とりすーぷ • @toRisouP • VR系の開発してる • Microsoft MVP • (Developer Technologies) • 最近はVRChatしてます illustrations by kota(@kt_kkz)さん

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あけろ！爆裂駐車場！ https://unityroom.com/games/bakuretsu

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Unity 1Weekでつくったゲーム •「あけろ！爆裂駐車場！」 • 次から次へと車が押し寄せる駐車場を空けるゲーム

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駐車場をあけろ！ •次々にやってくる車を駐車場から排除しろ！ • 車はぶっ壊してもOK • 外野にふっとばしてもOK!

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武器 •武器アイテムを拾って装備を変えよう！

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ワンミスで終了だ！ •やられたら終了！ • 爆発に巻き込まれたり、フィールドから落ちたら終わり

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こだわりポイント •VRM読み込みに対応 • 好きなアバターであそべる！

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AIを実装してみる

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このゲームにAIを実装してみよう •目標 • AIが自動的にプレイヤを操作する • 状況を判断して適切な行動を取り続ける

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できたもの 公開してます：https://unityroom.com/games/akebaku_ai

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手法 •「Behavior Tree」 • 階層構造をもったステートマシンみたいなもの • “状態”ではなく“行動”について評価をする

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Behavior Tree Selector Sequence 敵が近くに いるか？ Sequence 対象に 移動する 攻撃する フィールド 中央に 移動する 待機する • 階層構造をもったグラフで AIの行動パターンを定義する • 深さ優先、左端優先

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Node Selector Sequence 敵が近くに いるか？ Sequence 対象に 移動する 攻撃する フィールド 中央に 移動する 待機する ノード → ノード → ノード → ノード → • 各要素を「ノード」と呼ぶ

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• 各ノードは状態を持つ • 成功 • 失敗 • （実行中） • （待機中） 状態 Selector Sequence 敵が近くに いるか？ Sequence 対象に 移動する 攻撃する フィールド 中央に 移動する 待機する

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ノードの種類 Selector Sequence 敵が近くに いるか？ Sequence 対象に 移動する 攻撃する フィールド 中央に 移動する 待機する • ノードは大きく2種類に分類される • Control Flow ノード • Task ノード

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Behavior Tree Selector Sequence 敵が近くに いるか？ Sequence 対象に 移動する 攻撃する フィールド 中央に 移動する 待機する • Task • 実際にAIがとる「行動」を表す これらがTask→

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Control Flow Selector Sequence 敵が近くに いるか？ Sequence 対象に 移動する 攻撃する フィールド 中央に 移動する 待機する • Control Flow • 全体の”流れ”を司るノード • 種類がいくつかある • SelectorとSequence の2つがメインに使われる Control Flow

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Sequence Selector Sequence 敵が近くに いるか？ Sequence 対象に 移動する 攻撃する フィールド 中央に 移動する 待機する • Sequence • 子のノードを左から実行 • 子がすべて成功したら「成功」 • 子が1つでも失敗したら「失敗」 になり即終了 • 要するにAND

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Selector Selector Sequence 敵が近くに いるか？ Sequence 対象に 移動する 攻撃する フィールド 中央に 移動する 待機する • Selector • 子のノードを左から実行 • 子が成功した時点で「成功」 • 子がすべて失敗したら「失敗」 • 要するにOR

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Repeat Selector Sequence 敵が近くに いるか？ Sequence 対象に 移動する 攻撃する フィールド 中央に 移動する 待機する • Repeat • 子の処理をずっと繰り返す

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このグラフの挙動 Selector Sequence 敵が近くに いるか？ Sequence 対象に 移動する 攻撃する フィールド 中央に 移動する 待機する

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このグラフの挙動 Selector Sequence 敵が近くに いるか？ Sequence 対象に 移動する 攻撃する フィールド 中央に 移動する 待機する 1. 敵が近くにいるか判定する 2. 見つけた敵に向かって移動する 3. 攻撃する

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このグラフの挙動 Selector Sequence 敵が近くに いるか？ Sequence 対象に 移動する 攻撃する フィールド 中央に 移動する 待機する 1. 敵が近くにいるか判定する 2. 見つけた敵に向かって移動する 3. 攻撃する ↑が失敗したら↓を実行する 1. フィールド中央に移動する 2. 待機する

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Case1: 敵が近くにいた場合 Selector Sequence 敵が近くに いるか？ Sequence 対象に 移動する 攻撃する フィールド 中央に 移動する 待機する 実行中 待機中 実行中

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Case1: 敵が近くにいた場合 Selector Sequence 敵が近くに いるか？ Sequence 対象に 移動する 攻撃する フィールド 中央に 移動する 待機する 「1.敵が近くにいるか？」を実行する 実行中 待機中 待機中 実行中 実行中 待機中

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Case1: 敵が近くにいた場合 Selector Sequence 敵が近くに いるか？ Sequence 対象に 移動する 攻撃する フィールド 中央に 移動する 待機する 「1.敵が近くにいるか？」が成功する → 次に処理が移る 実行中 待機中 待機中 実行中 実行中

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Case1: 敵が近くにいた場合 Selector Sequence 敵が近くに いるか？ Sequence 対象に 移動する 攻撃する フィールド 中央に 移動する 待機する 「2.対象に移動する」が成功する → 次に処理が移る 実行中 待機中 実行中 実行中

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Case1: 敵が近くにいた場合 Selector Sequence 敵が近くに いるか？ Sequence 対象に 移動する 攻撃する フィールド 中央に 移動する 待機する 「3.攻撃する」が成功する → Sequence自体が「成功」する 待機中 実行中

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Case1: 敵が近くにいた場合 Selector Sequence 敵が近くに いるか？ Sequence 対象に 移動する 攻撃する フィールド 中央に 移動する 待機する Selectorも「成功する」 → Repeatによって最初に戻る 待機中

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Case2: 敵が近くにいなかった Selector Sequence 敵が近くに いるか？ Sequence 対象に 移動する 攻撃する フィールド 中央に 移動する 待機する 実行中 待機中 実行中 「1.敵が近くにいるか？」を実行する 待機中 実行中 待機中

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Case2: 敵が近くにいなかった Selector Sequence 敵が近くに いるか？ Sequence 対象に 移動する 攻撃する フィールド 中央に 移動する 待機する 実行中 待機中 実行中 「1.敵が近くにいるか？」を実行する → 失敗する 待機中 待機中

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Case2: 敵が近くにいなかった Selector Sequence 敵が近くに いるか？ Sequence 対象に 移動する 攻撃する フィールド 中央に 移動する 待機する 待機中 実行中 「1.敵が近くにいるか？」を実行する → 失敗する → 続きは実行されずSequence自体が 失敗となる 待機中 待機中

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Case2: 敵が近くにいなかった Selector Sequence 敵が近くに いるか？ Sequence 対象に 移動する 攻撃する フィールド 中央に 移動する 待機する 実行中 実行中 Selectorにより次のブロックに処理が移る 待機中 待機中 実行中

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アセットを使うと楽 •Behavior Designer

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昔に解説してるので参考になれば •【Unity】 Behavior TreeでAIを作る • https://www.slideshare.net/torisoup/unity-behavior-treeai

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UnityでAIをつくっていく

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AIを実装していく •今回は「Behavior Designer」を使って、 「あけろ！爆裂駐車場！」にAIを実装する

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方針 「Playerのコンポーネントには手を加えない」 • プレイヤーの移動、攻撃、アイテム装備…、 すべて同じコンポーネントをそのまま使いまわす

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差し替える部分はどこか？ •「入力イベント」のみを差し替える

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人間が遊ぶ場合 人間 入力イベント プレイヤキャラクタ

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AIの場合 AI 入力イベント プレイヤキャラクタ

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イベントを使い回せば ここの処理は全く同じにできる！ 入力イベントの発行者が 異なるだけで

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入力の抽象化レイヤを挟む 人間やAIから入力されたイベント をいい感じに変換するレイヤ

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抽象化 •入力イベント発行機構を抽象化しておく

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人間が操作するとき •キーボードからの入力をイベントに変換する

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AIが操作するとき •AIからの入力をイベントに変換する • AIに「ゲームパッド」を持たせるイメージ

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プレイヤ初期化時に差し替える •差し替えるのは基本これだけ • これでAIがプレイヤを操作する口ができた

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これで入力イベントが共通化できた IInputEventProvider

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他の下準備 •AI用にいくつか下準備をしておく

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Playerにコンポーネントを追加 •「Behavior Designer」と「NavMeshAgent」

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AI用の情報提供クラス •AIがゲームの状態を知るための仲介クラス

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AIの実装

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ロジック 1. 燃えている車があったら、逃げる 2. アイテムが近くにあったら、拾う 3. 車があったら、近づいて攻撃する 4. ステージ中央に向かう

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ロジック 1. 燃えている車があったら、逃げる 2. アイテムが近くにあったら、拾う 3. 車があったら、近づいて攻撃する 4. ステージ中央に向かう 優先度が高い処理から試行していく 条件を満たさない場合は次の処理を試す

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AIの実装手順 1. Taskノードを自作する 2. ノードグラフを構築する 3. 動作確認して調整する

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Taskノードの自作 •Behavior Designerは“行動”を自作可能 • C＃のスクリプトを書けば簡単に作れる • 必要なタスクを自分で作ってしまえばOK

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車を探すTask

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車を探すTask 毎フレーム実行される Runningを返すと継続 Success / Failureを返すと終了

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例：「移動する」Taskの実装 InputEventProviderに渡してPlayerの移動に反映する NavMeshAgentから得た経路の情報を

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結果

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No content

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４つのブロックにわかれている

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1.燃えている車が近くにあったら逃げる 燃えている車が 近くにあるか？ 逃げる先を決定 移動する ちょっと待機

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2.アイテムが近くにあったら拾う アイテムが 近くにあるか？ 移動する

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3.車があったら攻撃しにいく 車を探す 移動する 攻撃する

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4.ステージ中央に向かう

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動作させながら微調整 •パラメータを調整する •挙動を細かく調整する

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例：調整箇所 •「攻撃するために移動する」 • 武器ごとにリーチに差がある • ロケランは自爆の可能性がある → 装備武器ごとに対象にどれだけ近づくか変える

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調整 •武器ごとにどれだけ車に近づくか変える • 近接武器はより近づく、ロケランは遠くで止まる

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他にも調整したい箇所は山程ある •移動中に障害物でスタックしたときどうする •攻撃が届かないシチュエーションを減らす •場外に飛んでいった車に反応しないようにする •戦車から逃げる •爆風に自分から突っ込まないようにする

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まとめ •Behavior Treeはいいぞ • 比較的かんたんにAIを実装できる！ • それっぽく動くところまでの実装時間は約3時間 • ただしそこから微調整で＋6時間くらい… • あらかじめAIの実装を許容する設計にしておく必要はあり • 適切に処理を抽象化しておこう

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以下おまけ

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AIを移動させる •Unityには「NavMesh」という機能がある • 経路探索を用いてオブジェクトを移動させる機能 • これを使えば障害物を避けていい感じに移動してくれる

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NavMeshAgentの利用方法 •NavMeshAgent • NavMeshに沿ってオブジェクトを動かすコンポーネント • デフォルトだとこのコンポーネントで勝手に移動していく → NavMeshAgentによる自動移動を今回はOFFにする

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NavMeshを使ったAI操作

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NavMeshを使ったAI操作 NavMeshAgentの認識する「現在地」を 自分のtransform位置に補正する

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NavMeshを使ったAI操作 NavMeshAgent.desiredVelocity で 経路探索の結果から移動するべき方向が取得できる

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NavMeshを使ったAI操作 移動するべき方向をInputEventProviderに渡して Playerの移動入力とする