Lintuparven tekoälyn peliohjelmointi

Abstract

Insinöörityön tavoitteena oli luoda linnuille pelimaailmaan simuloitu parveilutekoäly ja laajentaa sitä yksilökohtaisilla käyttäytymisfunktioilla. Tekoälyn ympärille oli tarkoitus rakentaa luonnollinen puistoympäristö, jotta tekoälyn tarkkailu olisi mielenkiintoista myös niille, joita ei projektin tekninen toteutus kiinnosta. Tavoitteisiin kuului tehdä ympäristöstä interaktiivinen ja sellainen, jossa pelaaja voi liikkua vapaasti ja myös muuttaa parveilumallin käyttäytymiseen vaikuttavia kertoimia ja arvoja reaaliajassa nähdäkseen muutosten vaikutukset lintujen parveilussa. Työn tulokset annettiin lopuksi asiakasyrityksen käyttöön.

Työ päätettiin toteuttaa käyttäen Unity-pelimoottoria, ja parveilun alustaksi valittiin klassinen boid-malli. Unity oli työn tekijälle entuudestaan tuttu, joten työn suoritus ei jäänyt missään välissä pysähdyksiin teknisten seikkojen tai ymmärtämättömyyden takia. Boid-malli on 1980-luvulla kehitetty luonnollinen parveilumalli, jossa jokainen parven yksilö vaikuttaa välittömän lähiympäristönsä liikkumiseen ja toimintaan. Malli on yhä perustaltaan tarkin parveilusimulaation esitystapa, vaikkakin suorituskyvyllisesti erittäin raskas.

Työn kulku oli tasapainoista ja tavoitevetoista. Työn on kokonaisuudessaan suunnitellut ja toteuttanut yksi henkilö, joten työnjako ja aikataulutus eivät nousseet ongelmaksi. Työn toteutus sujui odotetusti, ja kaikki suunnitellut ominaisuudet lisättiin onnistuneesti. Viimeisimmät muutokset tehtiin yritysasiakkaan edustajan ja ulkopuolisen testaajan toiveiden perusteella.

Parveilumalli toimi odotetusti, ja se on mahdollista toteuttaa pienelläkin vaivalla, riippuen kohdeprojektin vaatimuksista. Parveilutekoälyn lisäksi muita lintujen käytökseen vaikuttavia ominaisuuksia insinöörityön projektissa toteutui muun muassa törmäysten havainnointi, ruokailun tarve, laskeutuminen ja lentoonlähtö sekä pelaajan läheisyyteen reagointi. Insinöörityössä luotu parveilutekoälyn lähdekoodi on sellaisenaan käytettävissä myös muissa projekteissa.

The goal of the thesis was to create a flocking AI (Artificial Intelligence) for birds and to expand it with individual behavioral functions. It was planned to build a natural park environment around the AI, so that observing the bird and flock behavior would be interesting also for those who are not keen on the technical aspect of the project. Aim was to make the environment interactive, so that the player could move freely, and they could also change the variables and values of the AI in order to see the effects of their modifications in real time. In the end, the results of this thesis and project were given for the client company to freely utilize.

The project was decided to implement using Unity game engine and classic boid model was chosen for the basis of the flocking AI. Unity was already well-known for the maker of this project, so the execution was never halted by technical uncertainty. Boid model is a natural flocking model developed in 1980’s, in which every individual of the flock affects the movement and actions of the flock in their near vicinity. The basis of the model is still considered the most accurate representation of flocking simulation, although it is very demanding performance-wise.

Execution of the project was balanced and goal-driven. The whole project was planned and carried out by a single person, so distribution of tasks and timing the project were not an issue. Implementation of the project went as expected and every planned feature was added successfully. The last changes were made regarding the wishes and comments of the client company representative and a third-party tester.

The flocking model worked as intended and it is possible to produce even with a minimalistic approach, taking in consideration the aim of the target project. In addition to the flocking, other aspects that affect the actions of the birds are for example collision detection, feeding, landing and takeoff and reacting to player presence. The source code created and used in the thesis project is ready to be used as-is in other projects as well.