Me encanta que los planes salgan bien

Dado que este es un foro centrado, de momento, principalmente en diseño, voy a intentar explicar una de las tecnologías de moda dentro del campo de la IA, desde el punto de vista de cómo lo puede percibir un diseñador. Me estoy refiriendo a los sistemas de Planificación Automática.

Para empezar, un poco de historia, y algunas referencias. La planificación como tecnología de inteligencia artificial existe desde los años 70 (el primer planificador se llamaba STRIPS), aunque apenas se hablaba de ello en el ámbito de juegos hasta que Jeff Orkin, coordinador del grupo de investigación sobre planificación y objetivos de la IGDA, decidió usarla para desarrollar la IA de F.E.A.R. (presentaciones aquí). Ahora mismo, promesas de una IA más dinámica, más flexible y, sencillamente, más inteligente, junto con el santo grial de menos trabajo para el diseñador, hacen que se haya puesto de moda muy rápidamente.

La forma de trabajar con un NPC con planificador es ligeramente distinta a la que se ve hoy en día. Probablemente el diseñador esté acostumbrado a definir con bastante precisión el comportamiento de un NPC: no sólo qué va a hacer, sino también cómo va a hacerlo. O sea, no le dirá: "Cuando el jugador aparezca por esa puerta, atácale sin usar granadas". Probablemente sea algo más como: "Cuando el jugador aparezca por esa puerta, dispara sin moverte durante 10 segundos o hasta que te acierten, y luego cúbrete, mantente dentro y fuera de cobertura hasta llegar al 10% de tu salud, y por fin cargas frontalmente". No hay nada de malo en hacer esta especificación, pero hay que tener en cuenta que es frágil frente a situaciones inesperadas (si no hay cobertura, ¿que hace el NPC? ¿disparar descubierto sin moverse?) y, dado que hay que rehacer la especificación para cada escenario posible, el coste de incorporar nuevas mecánicas es alto para el programador (si de repente queremos añadir que el NPC ruede por el suelo para esquivar, habrá que retocar todos los escenarios). En los desarrollos actuales estamos acostumbrados a estos problemas.

El sistema de planificación automática trata de aliviar la complejidad de organización y selección de comportamientos que se encuentran los NPCs. Especialmente si hablamos de NPCs bastante autónomos, la posibilidad de elaborar sus propios planes permite al NPC incorporar nuevos elementos que se añadan al juego posteriormente con mayor facilidad, a la vez que le proporciona la capacidad de reaccionar mejor ante situaciones inesperadas que si lo hiciera con un comportamiento "enlatado".

Para entender mejor la diferencia de la planificación con el enfoque tradicional, hay que hablar un poquito de la estructura típica de la IA de un juego. La complejidad de los diseños actuales hace que la IA tenga que dividirse jerárquicamente. Se empieza implementando acciones muy básicas, como pueden ser moverse o disparar, que a menudo son idénticas a las que ejecuta el jugador con el controlador. Luego se crea un nivel jerárquico por encima, que contiene un conjunto de comportamientos sencillos que añaden algo de funcionalidad, como la búsqueda de caminos, o el apuntado al disparar. En un siguiente nivel se utilizan estos comportamientos sencillos para montar otros más complejos, que seleccionarán cuáles de estos comportamientos sencillos tienen sentido en cada momento, en función de criterios de alto nivel. Así, podríamos implementar una táctica de combate que hiciera circle-strafe, moviéndonos alrededor del enemigo mientras le intentamos apuntar continuamente. El último nivel será el que elija la táctica idónea, siguiendo las guías que el diseñador haya dado para la personalidad del NPC o para una misión concreta.

Dentro de esta organización, tradicionalmente los programadores implementan tantos comportamientos de alto nivel como los diseñadores van identificando. Para cada comportamiento se hace una implementación distinta, única, típicamente usando técnicas bien conocidas como máquinas de estado o lenguajes de script. En ambos casos el NPC sigue un guión pre-escrito y rígido. Si nuestro NPC tiene la orden de hacer circle-strafe, eso será exactamente lo que hará, tal y como esté programado. La capacidad expresiva y de reacción de los NPCs viene directamente limitada por la capacidad de producción del equipo, tanto en términos de diseñadores identificando situaciones como, especialmente, de programadores implementando comportamientos para gestionarlas.

El sistema de planificación automática pretende cambiar todo esto. Cuando se identifica un nuevo escenario, en lugar de forzar la implementación de un nuevo comportamiento de alto nivel, basta con explicarle al NPC qué es lo que tiene que conseguir en este escenario, cual es su objetivo. El NPC, usando la planificación, "programará" un comportamiento de alto nivel capaz de cumplir ese objetivo sobre la marcha, decidiendo cuáles de los comportamientos de bajo nivel necesita utilizar. Así, en lugar de programar un circle-strafe, le diríamos al NPC que su objetivo es mantener a su enemigo en el punto de mira, mientras evita los ataques de éste (el objetivo para un comportamiento de más alto nivel sería incluso más genérico). Con este objetivo, en una zona abierta quizás el NPC acabe optando por algo similar a un circle-strafe, pero si se encuentra en un área donde se puede hacer uso efectivo de la cobertura, tal vez prefiera esta opción. Con este planteamiento, añadir un nuevo elemento es como darle al NPC una nueva herramienta con la que intentar llegar al objetivo marcado. Lo mismo se aplica si queremos restringirle el uso de un elemento. Además, con un buen planificador, el NPC será capaz de reaccionar ante imprevistos, y construir un nuevo plan que le lleve al objetivo.

Todo esto que parece magia, es en realidad conceptualmente relativamente simple. El truco consiste en etiquetar todos los comportamientos disponibles con sus requisitos y sus efectos. Los requisitos son condiciones que se tienen que cumplir para poder ejecutar el comportamiento con éxito. Si queremos disparar, tenemos que tener un arma cargada equipada, y necesitamos algún enemigo visible. El efecto es el resultado que se espera después de ejecutar el comportamiento. Así, tras disparar el arma es de esperar que el enemigo esté muerto, o tras lanzar el comportamiento de búsqueda de enemigos el resultado será tener un enemigo a la vista. Con esta información adicional, el NPC puede intentar encadenar inteligentemente comportamientos para conseguir el resultado final que el objetivo le indica. Así, si queremos que nuestro NPC intente matar al jugador, primero deberá recoger y equipar un arma, luego buscar al jugador y finalmente dispararle. El trabajo de construir la secuencia de comportamientos es completamente automático (aunque normalmente se puede regular mediante parámetros, que indican las "preferencias" del NPC).

Llegados a este punto quizás os preguntéis porqué no estamos todos usando planificadores automáticos y olvidando el pasado. La primera razón es que todavía es una tecnología relativamente nueva en el marco de videojuegos, así que por un lado hay algunas dudas sobre lo bien que se comportará con problemas suficientemente complejos, no está claro el coste de implementar el motor de planificación, y no todos los programadores están suficientemente formados en su uso. Desde el punto de vista de diseño, comparando directamente un planificador con un sistema tradicional, el planificador exige un mayor esfuerzo de abstracción inicial, ya que hay que dividir los comportamientos de los NPCs en pequeñas acciones que se puedan combinar bien, y especificar cómo se encadenan. Luego, al definir cómo se quiere que se comporte el NPC, en lugar de hacerlo explicándoselo a un programador hay que explicarselo al NPC, hablando su "lenguaje", sobre qué condiciones se tienen que cumplir en el mundo. Es posible además que el diseñador pierda algo de control "fino" sobre cómo se va a comportar el NPC. Los planificadores funcionan mejor cuando se les da autonomía para explorar opciones, y es en estos casos cuando rinden mayores beneficios. Si se quiere un control detallado sobre las acciones del NPC, habrá que implementarlo explícitamente, y no se ganará nada por tener el planificador. El resultado final que el jugador percibirá no tiene porqué ser distinto según el método que se elija. Depende más de hasta dónde llegue la capacidad de producción del equipo que de la tecnología usada.

Al final, la metodología tradicional resulta más eficiente cuando no hay excesiva variedad de acciones. A medida que la cantidad de acciones aumenta, es cuando el planificador sí puede brillar, ya que implementarlo tiene un coste inicial mayor, pues hace falta código extra dedicado a buscar la secuencia correcta de comportamientos sencillos (el motor de planificación), y todos los comportamientos tienen que llevar información adicional. Con el estado actual de los juegos, estamos en el límite del compromiso entre la complejidad del planificador y la del sistema tradicional con la cantidad de combinaciones que encontramos habitualmente. En cualquier caso, es bueno irse preparando, por si acaso.

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