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游戏中的机器学习AI真的好用吗？

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最近这几年，人工智能、机器学习一直都是热门话题，尤其是在游戏界

游戏中的机器学习AI真的好用吗？

 

作者：命运Sniper

https://zhuanlan.zhihu.com/p/651451588

 

最近这几年，人工智能、机器学习一直都是热门话题，尤其是在游戏界，从AlphaGo在围棋上击败人类开始，就不断有新的游戏被抬上“人机对战”的擂台，例如刀塔2、星际争霸都不断传出机器学习AI战胜职业选手的新闻。
 
游戏中的机器学习AI真的好用吗？
 
而这2年ChatGPT的火热更是给机器学习AI的火上加了一把柴，似乎能像真人一样沟通、思考的AI马上就要出现了。
 
我相信屏幕前的各位朋友都或多或少地想象过游戏里出现“像人一样”的AI时是一种怎样的场景。
 
  • 会不会自己打得还不如AI厉害？
  • 发现游戏里和自己配合打出精妙配合的其实是AI时会是什么感觉？
  • 会不会以后开局要先判断那些队友、敌人是AI，哪些是真人？
 
但真的只要用上机器学习技术，就能做出非常拟人的游戏AI么？是不是游戏里的AI越像人，玩家的游戏体验就会越好呢？
 
本期《游门弄斧》就让我根据我自己工作中与机器学习团队合作、交流的经验，聊聊游戏中的机器学习AI真的好用吗，机器学习对于游戏设计的帮助会在哪里这个话题。
 
游戏中的机器学习AI真的好用吗？
www.bilibili.com/video/BV12u41177mH
 
必须先叠个甲，由于我本人对于机器学习的专业知识了解得也十分有限，本文的内容来源为自己工作交流中的经验和血泪史，如果内容中关于机器学习原理、技术的部分有错误的地方，欢迎大家在弹幕、评论区指正。
 
奖励函数不好定
 
首先要给大家科普，或者说“班门弄斧”一个必要知识点，目前机器学习在游戏领域应用最多的是“强化学习”技术，而“强化学习”中有一个关键内容，叫“奖励函数”。
 
大家可以理解为，当你想用机器学习技术来训练游戏AI时，你需要告诉AI什么是“好”，什么是“不好”，做什么事情、完成什么任务可以加分，或者会被扣分。只有当你定好“规则”也就是奖励函数之后，机器学习才能运转起来。
 
这非常像一场考试，你首先得有一位“阅卷老师”来给AI答出的试卷打分，AI会不断尝试用各种方法获得高分，最后总结出一套“答题技巧”或者“答题经验”来保证自己不管遇到什么题目都能获得高分。
 
例如对于吃鸡游戏来说，你可以定义活得越久越好、杀人数越多越好，然后AI就会开始尝试各种操作，来保证自己存活尽量久、杀人尽量多，你可以定义被人打中掉血是不好，开火但没命中敌人是不好，然后AI就会尽量避免被打中、尝试提高自己的命中率。
 
游戏中的机器学习AI真的好用吗？
 
听上去这些没有什么问题，我们平时玩游戏也是这样的，“奖励函数”不过是把我们平时打游戏时总结的“经验技巧”“上分攻略”给描述出来罢了。
 
但这一切有一个前提，就是AI按照人玩游戏的思路和攻略去玩游戏时，能给其他真人玩家带来好的游戏体验。
 
之前我就提到过，有的游戏玩法是双向的，一方求胜时的行为就是另一方正常的游戏内容，例如绝大多数PVP游戏。
 
但有的游戏玩法是单向的，有一方并不是为了求胜，而是在“陪玩”，陪玩的目标不是赢，而是“把玩家哄开心”，例如绝大多数PVE游戏中的“E”就是典型的“陪玩”。
 
这时我们就会发现，如果按照“求胜”去设计奖励函数非常容易，因为游戏获胜的规则是明确的，例如前面提到的存活时间、杀人数等等，毕竟获胜规则是游戏规则的一部分，一定是能够客观、准确地描述的。
 
但“陪玩”的奖励函数就很难设计了，毕竟做出什么样的行为能让对面的玩家觉得“好玩”，是非常难以描述的，PVE游戏里的AI存活时间越长越好么？杀人数越多越好么？
 
显然不是，PVE游戏里E的设计更像是策划出题给让玩家去解，什么样的题目解起来有意思，不同的策划可能会有完全不同的设计思路，但这个话题就大了，挖个坑以后聊聊吧。
 
正式因为这个原因，单向玩法的游戏，例如PVE游戏里的AI，就很难用机器学习的方式去实现，因为没有什么很好的方式描述这种游戏中AI的奖励函数。实际上我们也能看到，目前所有用上机器学习的游戏，都是PVP游戏。
 
行为不可解释导致调参困难
 
而且，即使是“理论”上比较好设计奖励函数的PVP游戏，其实在实践过程中也并不是一帆风顺的，例如即使是“杀人越多越好”“存活越久越好”的吃鸡游戏，如果你不给AI加限制，最后就会训练出一个透视+自瞄的挂逼，没人会觉得与挂逼战斗有趣吧？
 
游戏中的机器学习AI真的好用吗？
BV1rj411D7T7——网传和平精英的机器学习AI瞬秒玩家
 
那合理的限制是什么呢？这就涉及到机器学习的另一问题——调参困难。
 
要将机器学习跑起来是需要很多参数的，其中有的是前面提到的奖励函数里的参数，例如每活1分钟加多少分，被命中一次扣多少分。
 
还有很多是用来描述、限制AI行为的，例如反应速度、操作精准度等等。
 
这些参数设置的合理性，将直接影响到训练出的AI表现是否符合预期、满足需求。
 
但这里有一个非常非常大的问题，就是到底参数设置为多少是“合理”的呢？
 
有一些参数相对来说客观一些，例如反应速度，可以参考不同段位的人类玩家的平均反应速度来进行设置。
 
但另一些参数就非常主观，例如杀人加多少分，存活加多少分。杀人加分太多，AI可能就会完全不顾自己的死活，成为一个无脑莽夫；存活加分太多，AI又成了一个恰烂分的怂包。
 
可能有的朋友会说，那我就水多加面面多加水呗，多调调总能调出来。
 
这句话是有一定道理的，也是很多机器学习的底层工作者自称是“调参民工”的原因，因为最核心的算法模型轮不到他们去设计，自己就仅仅只是负责“水多加面面多加水”把参数确定下来的人，会感觉到自己没啥存在感。
 
游戏中的机器学习AI真的好用吗？
 
但水多加面面多加水也没法解决全部的问题，因为能这么做有一个前提，就是当训练出的AI行为不符合预期时，你知道是哪个参数导致的，而且你还得知道是因为这个参数太高还是太低，否则你也不知道应该加面还是加水。
 
而机器学习AI最大的一个特点，就是行为不可解释，你不知道它为什么会做出这个行为。有一次和一个机器学习团队交流时对方直接就说：“确实我们的AI行为不可解释，但实际上人类的行为也经常不可解释，这也是拟人的表现之一”。道理虽然是这么个道理，但真在工程应用中就会出现问题。
 
以我自己的亲身经历为例，曾经合作训练出的AI会经常原地突然360度转一圈，无论是空旷的平原还是封闭的室内都可能这么来一下，甚至可能在与敌人战斗的过程中来这么一下，这种行为显然很诡异，不可接受。
 
但是为什么呢？不知道，于是只能猜。
 
是不是AI视图通过这样来发现侧面、背后的敌人？于是加上一个参数，如果一次大范围转向后并没有发现敌人或者并没有听见什么动静，就扣分，想通过这种方式让AI进行有意义的转向，只在可能会发现敌人的时候，看向最可能出现敌人的方向。再训练一次，还是这样，没变化。
 
游戏中的机器学习AI真的好用吗？
 
是不是AI觉得转向不影响自己的攻击，反正能收集到更多的信息，不转白不转？于是加上一个参数，每次大范围转向之后，一段时间内反应速度和操作精准度降低，模拟一下人转向之后暂时看不清楚画面的效果，避免AI在战斗中还转。
 
再训练一次，还是这样，没变化。
 
游戏中的机器学习AI真的好用吗？
 
最后没办法，只能加上一个限制，一次转向最多转120°、战斗中不允许转向，除非目标方向上有已经被确认的敌人、声源。
 
当时我就发出感叹，这种无法被解释、最后只能靠人工增加硬性规则限制，才能做出合理行为的人工智能，到底依赖的是“人工”？还是“智能”？
 
动作空间大了不好训练
 
行为的不可解释还导致了另一个问题，就是一旦游戏中的操作太复杂，学术上的说法叫“动作空间太大”，AI就很难学会一些高端、精妙的操作。
 
这里需要科普第二个知识，现在机器学习中最主流的“强化学习”可以理解为一种高级的“左右互博术”，本质上是最初完全空白的AI随便尝试各种操作，然后靠前面提到的阅卷老师打分，AI通过数以百万、千万次的重复考试，逐渐摸清阅卷老师的打分原理，掌握答题的经验。
 
正是因为AI是通过“随便尝试”+“总结规律”来完成学习，才造成了前面提到的“行为不可解释”，因为AI自己也不知道自己为什么要这么做，只知道这么做了大概率能获得高分。
 
例如最近火热的ChatGPT，你问他1+1等于几，他回答2并不是因为他懂数学，知道1+1等于2，而是因为在观摩了大量的已有资料之后，他发现当问1+1等于几时，回答2的概率最大。这也是为什么ChatGPT经常瞎编、嘴硬的原因，因为本质上他一直都是在编，只是大部分时候编得对、编得合理。
 
游戏中的机器学习AI真的好用吗？
并不存在的接口
 
回到游戏AI的话题上，这种“随便尝试”+“总结规律”在遇到非常复杂的游戏时，就会遇到困难。
 
还是以吃鸡为例，游戏中的地图很大，几公里*几公里，游戏里的操作非常复杂，移动、转向、蹲起、侧身、开火、瞄准、换弹等等，有的吃鸡游戏还有滑铲、技能。基于强化学习的AI在遇到这种游戏时，很多我们觉得“理所当然”的技巧AI并不一定会。例如人会觉得，我躲在掩体后面，等敌人过来时侧身出去打很正常，可以尽量减少自己的暴露面积。
 
但AI要学会这一招，就必须有一次正好站在掩体边缘，正好侧身出去，正好有敌人在能打到的范围内，AI开火正好打中了敌人，最后在“阅卷老师”那里获得了加分。然后AI开始更多地尝试这么做，而且他发现如果这么做，真的能更容易获得高分，于是AI就学会了在掩体边缘侧身攻击这个行为。
 
游戏中的机器学习AI真的好用吗？
 
如果没有这一连串正好，AI就不会觉得站在掩体边缘侧身有什么好处。或者某一次正好碰上了，但当AI想要复刻时又好几次遇不上这样的情况，也会导致AI学不会在掩体边缘侧身攻击这个行为，而是每次都选择直接走出掩体，放弃自身掩体优势去跟人对枪。
 
显然，训练时间越长，或者更准确地说训练投入的资源越多，那么就越容易遇到这样一串正好的情况。
 
但实际情况是，由于前面提到的参数多、调参困难的原因，反而训练时间必须被压缩，因为需要不断调整、尝试各种参数组合，留给每一种组合的训练时间自然是更少的。
 
于是乎，如果有一种操作或者技巧在游戏中真的非常重要，不会这个操作会显得很蠢，例如射击游戏里的侧身、peek，那么就需要像前面提到的转向问题一样，加入生硬的参数或者逻辑，例如额外检测一下当前位置是不是在掩体边缘，如果是就在需要开火时侧身尝试开火。
 
这种方法叫“后处理”，也就是在机器学习模型给出的操作基础上打补丁，前面提到的莫名其妙的转身也可以通过这种方式给屏蔽掉。但这同样会让人发出这到底是“人工”还是“智能”的感叹。
 
当然了，如果你有“钞能力”，能买非常多的服务器进行训练，那上面说的都不是问题，但这势必会造成训练成本的上升，而这笔买卖是否划算，是否值得呢？
 
运行时资源消耗大
 
而提到成本，就要提到另一个不可忽视的问题，就是机器学习AI运行时的性能消耗了。
 
我们现在看到的绝大多数“演示”中的机器学习AI，例如Dota2、星际2的表演赛，都是尽量保证AI与真人有一样的输入输出能力，通俗的说就是，AI也需要像真人一样通过游戏画面来获取信息，而非直接读取游戏数据，因为只有这样才能保证公平。
 
但既然是通过游戏画面来获取信息，也就意味着你需要为AI也生成出游戏画面来。
 
对游戏了解比较多的朋友都清楚，大部分游戏对性能要求最高的部分，就是画面，画面越好的游戏，需要的电脑配置也就越高。
 
传统的AI是不需要通过游戏画面获取游戏数据的，本质上都“作弊”了，而且现在的大部分机器学习AI为了“不作弊”，为了“像人”，就必须通过画面来获取游戏数据，而为AI生成游戏画面所占用的服务器计算资源是非常高的。
 
举个简单的例子，普通AI判断目标“是否在视野中”时，通常每帧会进行10次左右的“射线检测”，而机器学习AI所依赖的“游戏画面”即使是用最最低质量的“800*600深度图”，也是800*600=48W次检测。
 
 游戏中的机器学习AI真的好用吗？
深度图
 
也就是说在“视野检测”这一块，运行一个机器学习AI所消耗的计算量，可以运行接近5W个普通AI。
 
而如果真的要提供和玩家一模一样的画面，也就是有颜色、有模型、有材质的画面，还得再翻个10倍以上。
 
那么问题就来了，假设之前一台服务器能够运行10W个AI，如果每一局游戏里有10个AI，可以支撑1W局游戏同时运行，而现在如果换成机器学习AI，一台服务器就只能运行2个AI连一局游戏都不够，这个成本真的是可以接受的么？
 
所以如果你感觉一个游戏里的AI有2种状态，那很可能是因为如果全程都使用机器学习，服务器成本会扛不住。
 
可能有的朋友会说，那我不让AI通过画面获取信息，而是和普通AI一样直接读游戏数据不行么，作弊一点就作弊一点吧。
 
但如果真这么做了，你就会发现AI一点也不像人，因为机器学习AI能像人，本质上就是通过输入和人一样的信息，用和人一样的评价指标打分（也就是奖励函数），从而训练出行为模式像人的AI，如果输入和人不同，那自然最后训练出的行为模式也就不同。
 
游戏中的机器学习AI真的好用吗？
 
例如，人看见这个画面会知道自己前方是一道墙，右边是墙的边缘，可以作为掩体埋伏敌人。
 
只有当你把这个画面，或者将这个画面的简化版本，例如深度图提供给AI之后，AI才有可能像人一样因为看到前方被挡住了，从而向右移动，并在边缘位置埋伏敌人。
 
如果你不告诉AI这个画面，只告诉AI“目标当前不可见”“打向目标的射线在面前1米位置被挡住了”，AI怎么可能知道目标不可见是因为自己面前有一堵墙呢？也可能是箱子、汽车、树或者别的东西，更不可能知道走到右边可以埋伏敌人。
 
机器学习AI能用在哪里
 
因此，在我看来，机器学习AI在很长一段时间内，都不太可能以“行为模式完全模拟真实玩家的敌方角色”的形式大规模出现在商业游戏中。
 
但你说机器学习AI真的没有应用场景么？我觉得也不是，我认为关键在于，机器学习可能并不适合完全控制游戏中AI的全部行为，因为控制的越细致，就意味着计算所需要输入的信息就越多、动作空间也越大，这会导致AI训练速度降低，实际应用中的性能消耗也会越高。
 

实际上，很多时候我们并不需要用机器学习去控制AI的全部行为，具体的执行部分（Action），也就是OODA中A的部分，完全可以交给普通行为树来实现，现在的行为树已经能做得非常好了。

 

游戏中的机器学习AI真的好用吗？

 
机器学习应当解决的是目前行为树难以解决的问题，例如如何与玩家互动、合作，甚至是交流沟通 很多游戏中都有和玩家同队的AI队友，但玩家的行为是多种多样的，几乎不可能用传统行为树的设计方式去“穷举”各种情况，因此设计AI队友非常困难，总是会跟不上玩家的节奏和行为，最后变成玩家玩玩家的，AI玩AI的，毫无配合可言。
 
而机器学习则能在“随机尝试”的过程中总结出各种不同情况下的最佳应对方案，如果让机器学习作为“谋士”来为传统行为树AI出谋划策，告诉行为树目前的情况下应该干什么，是进攻还是防守，是跟着玩家跑还是占住某个关键位置压制敌人，玩家就更能感受到与AI之间的合作体验。
 
如果再加上ChatGPT这样大语言模型对于玩家打字、语音内容的识别，让AI可以根据玩家的指令去行动，并生成与玩家互动的内容，实现一个能让玩家感受到配合、陪伴的AI队友就是完全可能的。大家觉得这样的AI，你想要么？

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