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小人不斷跳躍到實(shí)時(shí)生成的平臺(tái)上、最后到達(dá)終點(diǎn)……

你以為這是個(gè)類似于微信“跳一跳”的小游戲？

但它的真實(shí)身份，其實(shí)是游戲大廠EA（美國藝電公司）最新研究出的游戲測試AI。

和普通只會(huì)打游戲的AI不同，這次EA提出的新模型不僅要讓小人成功跳到終點(diǎn)，還要自己實(shí)時(shí)生成平臺(tái)來“為難”自己。

為什么要設(shè)計(jì)成這種“相愛相殺”的關(guān)系呢？

因?yàn)椋饲暗脑S多游戲測試AI往往會(huì)對(duì)訓(xùn)練中的地圖過擬合，這導(dǎo)致它們?cè)跍y試新地圖時(shí)的表現(xiàn)很差。

由此，在強(qiáng)化學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，EA研究人員受到GAN的啟發(fā)，提出了這種新方法ARLPCG （Adversarial Reinforcement Learning for Procedural Content Generation）。

目前，該方法的相關(guān)論文已被IEEE Conference on Games 2021接收。

用博弈論解決過擬合

其實(shí)，把AI用到游戲測試，已經(jīng)不是一件新鮮事了。

此前許多游戲測試AI都用到了強(qiáng)化學(xué)習(xí)。

它的特點(diǎn)是基于環(huán)境而行動(dòng)，根據(jù)從環(huán)境中獲得的獎(jiǎng)勵(lì)或懲罰（比如獲得積分、掉血等等）不斷學(xué)習(xí)，從而制定出一套最佳的行動(dòng)策略。

不過研究人員發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)化學(xué)習(xí)對(duì)于固定場景的泛化能力很差，往往會(huì)出現(xiàn)過擬合的現(xiàn)象。

比如在同樣的場景中，只用強(qiáng)化學(xué)習(xí)訓(xùn)練的情況下，小人遇到陌生路徑，就會(huì)發(fā)生“集體自殺”事件：

這對(duì)于測試游戲地圖哪里出現(xiàn)錯(cuò)誤而言，真的非常糟糕。

為此，EA的研究人員參考了GAN的原理來設(shè)計(jì)模型，讓AI內(nèi)部自己對(duì)抗、優(yōu)化。

具體來看，他們提出的方法ARLPCG主要由兩個(gè)強(qiáng)化學(xué)習(xí)智能體組成。

第一個(gè)智能體生成器 （Generator）主要負(fù)責(zé)生成游戲地圖，它使用了程序內(nèi)容生成（Procedural Content Generation），這是一種可以自動(dòng)生成游戲地圖或其他元素的技術(shù)。

第二個(gè)智能體是解算器 （Solver），它負(fù)責(zé)完成生成器所創(chuàng)建的關(guān)卡。

其中，解算器完成關(guān)卡后會(huì)獲得一定的獎(jiǎng)勵(lì)；生成器生成具有挑戰(zhàn)性且可通過的地圖時(shí)，也會(huì)獲得獎(jiǎng)勵(lì)。

訓(xùn)練過程中，兩個(gè)智能體之間會(huì)相互提供反饋，讓雙方都能拿到獎(jiǎng)勵(lì)。

最終生成器將學(xué)會(huì)創(chuàng)建各種可通過的地圖，解算器也能在測試各種地圖時(shí)變得更加通用。

與此同時(shí)，為了能夠調(diào)節(jié)關(guān)卡難度，研究人員還在模型中引入了輔助輸入 （Auxiliary input）。

通過調(diào)節(jié)這個(gè)值的大小，他們就能控制游戲的通過率。

比如，將生成器的輔助輸入設(shè)為1時(shí)，它生成的平臺(tái)就會(huì)更大、間距更近，小人跳躍的難度也就更低。

當(dāng)輔助輸入為-1時(shí)，生成的平臺(tái)就會(huì)變小、間距也會(huì)拉開，能夠通關(guān)的小人隨之變少。

結(jié)果顯示，在生成器的輔助輸入從1降至-1過程中，成功率從97%降低到了69%。

此外，也能通過調(diào)節(jié)解算器的輔助輸入值控制通過率。

在固定路徑、規(guī)則生成路徑和對(duì)抗化生成路徑幾種情況下，通過率都隨著輔助輸入的降低而降低。

其中，對(duì)抗強(qiáng)化生成路徑的通過率明顯高于其他兩種。

此外，因?yàn)榫哂袑?duì)未知環(huán)境泛化的能力，這個(gè)AI訓(xùn)練好后還可以被用于實(shí)時(shí)測試。

它可以在未知路段中構(gòu)建出合理的通過路線，并能反饋路徑中的障礙或其他問題的位置。

此外，這個(gè)AI還能被用于不同的游戲環(huán)境，在這篇論文中，EA還展示了它在賽車游戲環(huán)境中的表現(xiàn)情況。

在這個(gè)場景下，生成器可以創(chuàng)建不同長度、坡度、轉(zhuǎn)彎的路段，解算器則變成了小車在上面行駛。

如果在生成器中添加光線投射，還能在現(xiàn)有環(huán)境中導(dǎo)航。

在這種情況下，我們看到生成器在不同障礙物之間創(chuàng)建行駛難度低的軌道，從而讓小車到達(dá)終點(diǎn)（圖中紫色的球）。

為測試大型開放游戲

論文一作Linus Gisslén表示，開放世界游戲和實(shí)時(shí)服務(wù)類游戲是現(xiàn)在發(fā)展的大勢(shì)所趨，當(dāng)游戲中引入很多可變動(dòng)的元素時(shí)，會(huì)產(chǎn)生的bug也就隨之增多。

因此游戲測試變得非常重要。

目前常用的測試方法主要有兩種：一種是用腳本自動(dòng)化測試，另一種是人工測試。

腳本測試速度快，但是在復(fù)雜問題上的處理效果不好；人工測試剛好相反，雖然可以發(fā)現(xiàn)很多復(fù)雜的問題，但是效率很低。

而AI剛好可以把這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來。

事實(shí)上，EA這次提出的新方法非常輕便，生成器和求解器只用了兩層具有512個(gè)單元的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

Linus Gisslén解釋稱，這是因?yàn)榫哂卸鄠€(gè)技能會(huì)導(dǎo)致模型的訓(xùn)練成本非常高，所以他們盡可能讓每個(gè)受過訓(xùn)練的智能體只會(huì)一個(gè)技能。

他們希望之后這個(gè)AI可以不斷學(xué)習(xí)到新的技能，讓人工測試員從無聊枯燥的普通測試中解放出來。

此外EA表示，當(dāng)AI、機(jī)器學(xué)習(xí)逐漸成為整個(gè)游戲行業(yè)使用的主流技術(shù)時(shí)，EA也會(huì)有充分的準(zhǔn)備。

論文鏈接：
https://arxiv.org/abs/2103.04847

參考鏈接：
[1]https://venturebeat.com/2021/10/07/reinforcement-learning-improves-game-testing-ai-team-finds/
[2]https://www.youtube.com/watch?v=z7q2PtVsT0I