基于 3D 角色游戲中 AI 引擎的設計研究

基于 3D 角色游戲中 AI 引擎的設計研究

文/耿富成

本文以人工智能（AI）引擎與游戲場景設計及優化為主要研究目標，對優化游戲場景搭建技巧進行闡述，并分析AI引擎在3D角色游戲中的設計思路。通過復雜、高效的AI引擎，將游戲中那種更為飽滿、真實的角色行為創造出來，以此不斷提升角色游戲中玩家和智能角色的互動。

【關鍵詞】AI 引擎 3D 角色游戲 場景設計

iPhone 平臺游戲、Android 平臺游戲及網頁游戲等在近些年迅猛發展，并逐漸成為對發展游戲具有帶動作用的新生力量。但是，當今很多游戲都處于宣傳攻勢重于游戲內容品質的境況，而且玩家在游戲體驗過程中，會逐漸提升對游戲操控性與沉浸感需求。基于這種現象，使得3D游戲逐漸成為國內游戲主要發展方向。

1 游戲場景的設計

在開發游戲時，貼圖和模型的合理搭建能夠將炫麗的游戲場景提供給玩家，以此提升游戲本身意境，并將游戲主題突出出來。所以，怎樣快速搭建貼圖和模型，確保游戲運行暢通是在設計游戲過程中亟待研究與解決的重要問題。

1.1 搭建游戲場景規范

一般通過Unity3D技術對場景中像地形、草木等基本對象進行直接搭建，但對于游戲中裝飾性物品與主要角色等，必須從3D建模軟件中導入。對游戲場景進行搭建時，首先要對游戲環境予以創建，然后放置物品或者角色。Unity3D在默認狀態下的單位為1，一般會通過修改應用程序以與該比例相匹配，由此在資源放置時就會比較簡單。

    本游戲通過Maya建模，面片數要保證為32500個Polygon 面片，若大于該數量，那么物體就無法顯現，所以應該對模型與多邊形數量進行合理分布。在制作完成一個三維模型后，其內容主要包括單位、場景尺寸、節點編輯、命名、紋理、模型歸類、紋理格式及尺寸、坐標及材質等一定要與相關制作規范相符。

1.2 優化游戲貼圖

作為游戲開發平臺，Unity3D 模型材質通常會有很多特殊性需求，并非 Maya 中所有材質球 Unity3D 都支持，Unity3D 只支持像Lambet、Blin等標準材質，且還要保證貼圖尺寸為2n,貼圖尺寸最大值要在1024×1024以內，烘焙過程中，對TGA格式紋理貼圖進行設置。渲染優化時，應該對遮擋剔除技術進行選用，也就是說，如果其它物體遮擋該物體，且在攝像機鏡頭外，那么不會對其實施渲染。運行遮擋剔除是用虛擬攝像機在場景中將物體潛在可視狀態創建出來，以此進一步提升游戲運行質量。

2 基于3D角色游戲中AI引擎的設計研究

2.1 構建游戲AI引擎框架

2.1.1 游戲中非玩家角色的動作控制

非玩家角色在游戲中的主要行為包括巡邏、待機、逃跑及攻擊等，每個行為下的動畫表現都有所不同，以程序的方式對游戲角色動作進行控制。依照游戲引擎本身特性，于游戲角色模型中綁定角色動作。此外，角色模型導出設置中，對游戲動畫選項進行設置后，再在3D引擎中導入，在一定條件下，采用程序控制的方式對動畫剪輯進行播放，以此控制角色動作。

2.1.2 狀態機反應機制

首先對AI引擎智能進行分析：在一定范圍內，游戲AI角色巡邏，對周邊環境進行掃視，以觀察周邊有玩家入侵與否，有時可立于原地，若無外界條件觸發則為空閑待機狀態，但若在其可視范圍內有玩家，則會主動攻擊，圍攻玩家，以此對玩家造成傷害，如果其生命力比較低，則會自動逃跑。根據AI角色表現，能夠獲得AI角色的狀態及其相互轉換。

Idle 狀態：該狀態為空閑狀態，在平靜狀況下的基本狀態。如果無條件觸發，AI角色在一段時間后就會自動轉入Idle狀態[3]。Attack 狀態：該狀態為攻擊狀態，具體是攻擊出現在其視野中的玩家，對其造成傷害。如果AI角色生命力比較低，就會自動向Escape狀態（即：逃跑狀態）轉換，如果玩家在其可視范圍外，則會自動向Patrol狀態（即：巡邏狀態）轉換。

2.2 基于3D角色游戲的AI引擎尋路算法

通過特定尋路算法幫助游戲角色尋路，也就是說，根據某種規則對從起始點到終點的路徑進行計算。本文主要分析WayPoint尋路算法，并具體應用于角色游戲中。該尋路算法具體是將若干個路徑點（waypoint）進行標記，采用矢量線連接各路徑點，確保游戲AI角色可以在某種規律下沿路徑線自動尋路。可手工設置這些路徑點，也可程序自動生成。路徑點尋路時，游戲場景中，需要獲取任意兩點路徑，可以從目標點與起始點各取一個路徑點，對這兩個路徑點最短距離進行計算，以此將目標點與起始點最優路徑計算出來，這就是角色行走路徑。游戲角色在到達目標點后，必須在其視野中可看到下一最優路徑點，由此就能夠在最優路徑中進行自由活動[4]。

3 總結

本研究分析與探討了基于3D角色游戲的游戲場景布置與AI引擎的設計與優化。采用三維建模軟件實施建模后，對游戲場景于Unity3D中進行優化，結合AI引擎關鍵技術、制作過程及游戲半身，確保能夠在游戲中將游戲玩家與職能角色對抗效果充分體現出來，整個游戲主線是任務關卡形式，因此要合理設計游戲非玩家角色，必須通過程序對個性化敵人進行設計，以確保游戲具有真實性、挑戰性以及可玩性，這對3D角色游戲的設計與實現極具重要參考價值。

參考文獻 

[1]JACOBS,S.Game programming gems7[M].北京 : 人民郵電出版社，2010:191-151．

[2]MARK DELOURA．Game programming gems1[M]. 北 京 : 人 民 郵 電 出 版社 ,2010:208-219．

[3] 倪樂波 , 戚鵬 , 遇麗娜等 . Unity3d 產品虛擬展示技術的研究與應用[J].數字技術與應用 ,2010(9):54-55.

[4]FUNGE J D.Artificial intelligence for computer games[M]. 北京 : 北京郵電大學出版社 ,2007:158-159．

作者單位

西安理工大學大學  陜西省西安市  710048