NPC眼中的游戏世界是怎样的?浅谈游戏角色如何“自动寻路”

作者 一机游戏 2021年09月07日 09:48 阅读 59

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在游戏中,如何找路一直是个难题。正如同笔者之前开FF14的5.0后在水晶都的痛苦一样,明明地图上看起来只有几米之隔,但是实际上那扇大铁门只是个封闭场景贴图,你得从其他地方的梯子绕过去才能到任务目标脸上。

那么在游戏NPC的眼中,这个世界又是怎样的呢?尤其是有些地形复杂,NPC却又会随机生成的游戏里,它们为什么不会在游戏里迷路呢?

这就得从游戏里的导航机制开始说起了。

一般来说,游戏的导航分为三种模式:格子(Grid)、路径点(Waypoint)、导航网格(Navmesh)。

首先是格子:

这种方法将原始地图分割成许多的小格子,在计算机中表示为一个二维数组,用0和1分别表示障碍和可行走区域。能够通过的地方就是0,障碍物就是1。

这种简单的结构可以让二进制的AI一下子就明白:哪里可以通过,哪里是障碍物。而且修改简单也更容易实现,多用于简单的平面游戏和早期游戏。可惜遇到了3D地图,或者那些弧形的场景就歇菜了。

这里我们其实可以举个不太恰当但是很直观的例子。你在MC里画像素画和雕塑就是这个感觉,每个格子都是独立的单位,简单的搭建图形突出一个有手就行。

但是如果你想画一张超精细的像素画,你就得用海量的方块来画一张超级大的地图画,还得拉远了看。而方块少的画曲线表现也很拉胯,一切问题在不引入其他系统的情况下都是靠加块完成,结果电脑又要吃不消。

这时候,我们就需要路径点导航法了。

这种方法会在地图中标注一些路点,寻路只能发生在路点和路点之间,在AI的眼中,这个世界的通行方法就是从一个点移动到另一个点。成都理工大学的唐李顺硕士的论文《浅谈人工智能寻路算法在电子游戏中的研究和应用》中讲的更加明白:

这种方法比较经济,虽然人工操作方面多了点,尤其是要手动设计路线。但是它更接近于一个路线设定功能,而非需要智能算法的空间表征。

当然,如果你需要的是在一个复杂的3D场景进行多种可能下的移动,那么大家往往会选择导航网格。

导航网格是一种用于在复杂空间中导航寻路、标记哪些地方可行走的多边形网格数据结构。当然很多时候,它会被用于承载更多的功能:比如标识该位置的地形、该位置角色应该采用什么动作(行走、游泳、攀爬)。

众多凸多边形组成了整个导航网格,它就像一份立体版的数据地图,把地图的每一块都分割出了对应的属性,这些属性会作为寻路算法的计算参数,从而计算出最适合的路线。

导航网络的优势在于能精确地表征世界。虽然做不到百分百还原真实地图,但是它无疑比格子和路点都更精确。并且引入了Z轴的高度信息,使得表示3D地图成为可能。要说缺点,可能就是太过复杂和占用内存,毕竟你总要读取这个网络的数据才能开始工作。

在AI眼中,游戏世界就是由这些满是数据的网格组成,它们用算法来思考,比看着游戏贴图的玩家更方便的获取信息和计算最短路线。这就是为什么NPC除非故意这么设计,不然很难迷路。

在《上古卷轴5》(简称老滚5)里有一个都市传说:“只要你追着狐狸,就能找到宝箱。”

这个传闻从发布之初就被人津津乐道,以至于开发组进行了非正式调查,询问“谁加了这种彩蛋逻辑?!”

当时属于开发团队的乔尔·伯吉斯后来出面解释了这个传说。

当时包括伯吉斯在内的几个人都接受了盘问,但没有人承认有做过这种彩蛋,直到伯吉斯确认了脚本并没有任何相关内容后,才有了一个猜想:

他们的寻路规则里限制了老滚5中AI的行动范围。在老滚5这种开放世界RPG中,NPC会在城市中漫游,但名为 Navimesh 的系统决定了NPC在地图上可以去的地方/不能去的地方。

大多数情况下,AI会根据情况做出决定,比如“跑向玩家”或“躲在阴影中”。而狐狸被设置为只能“逃跑”,所以它只能沿着“逃跑”对应的导航网格移动,直到和玩家拉开到了多少距离,才会停止逃跑。

而逃走的狐狸之所以会前往宝藏,是因为在老滚5中,到物体的距离是通过“导航网格数”而不是米来计算的,并且导航网格的密度根据游戏中的位置而有所不同。而算法没有有理由在的荒野这样的空间里设置多条路线,以至于荒野中的网格密度很低。

相反的是,在像营地这样的地方,设置了很多阻碍移动的障碍物。结果就是营地分配了更多导航网格。

遇到玩家的狐狸开始 “逃离玩家”,然后移动到一个有许多导航网格的地方,以确保相对距离。这种时候,最容易移动到的地方就是附近的营地,而且由于营地等是最有可能放置宝物的场景,这才导致了追着狐狸能够找到宝箱的都市传说。

可以看出,三种导航机制本质区别在于AI眼中的世界是怎样的,属于一种空间表征的差别。而设计师给予AI的寻路算法,则决定它们会在这个世界中以怎样的逻辑进行移动。

而很多令人哭笑不得的“智障AI”,比如撞墙,跳楼,自杀,就是因为算法没有计算到这种可能。

举个例子就是《血源诅咒》中的“二师兄”巨猪。它们在距离玩家比较远时,会使用冲撞的能力来突进攻击玩家,这时它的AI导航路径便是一个简单的向玩家直线移动的追踪状态。这个状态在大平地上无往不利,但是一旦遇到一些墙角,或者模型碰撞突出道导航网格没有完美还原的位置,就会被原地停住,死于玩家的穿模攻击和绕后掏肾。

所以AI眼中的世界,是和我们不一样的,如果我们也有一个标注好“这里是空气墙”,“这里是通道”,“该路线通往四艺区”,想来我们也不会迷路!

只是如果这样,沉浸感要大打折扣了。这也是为什么很多海外MMO没有自动寻路的功能之一,毕竟迷路,也是专属玩家的快乐。

本文参考内容:

《寻路建模的三种方式比较》by长三月

《浅谈人工智能寻路算法在电子游戏中的研究和应用》BY唐李顺

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