An Action Selection Architecture for Autonomous Virtual Humans in Persistent Worlds
Une architecture de sélection de l'action pour des humains virtuels autonomes dans des mondes persistants
Résumé
Nowadays, virtual humans such as non-player characters in computer games need to have a strong autonomy in order to live their own life in persistent virtual worlds. When designing autonomous virtual humans, the action selection problem needs to be considered, as it is responsible for decision making at each moment in time. Indeed action selection architectures for autonomous virtual humans need to be reactive, proactive, motivational, and emotional to obtain a high degree of autonomy and individuality. The thesis can be divided into three parts. In the first part, we define each word of our title to precise their sense and raise the problematic of this work. We describe also inspirations from several domains that we used to design our model because this thesis is highly multi-disciplinary. Indeed, decision-making is essential for every autonomous entity and is studied in ethology, robotics, computer graphics, computer sciences, and cognitive sciences. However, we have chosen specific techniques to implement our model: hierarchical classifier systems and a free flow hierarchy. The second part of this thesis describes in detail our model of action selection for autonomous virtual humans. We use overlapping hierarchical classifier systems, working in parallel, to generate coherent behavioral plans. They are associated with the functionalities of a free flow hierarchy for the spreading of activation to give reactivity and flexibility to the hierarchical system. Moreover several functionalities are added to enhance and facilitate the choice of the most appropriate action at every time according to the internal and external influences. Finally, in the third part of this thesis, a complex simulated environment is created for testing the model and its functionalities with many conflicting motivations. Results demonstrate that the model is sufficiently efficient, robust and flexible for designing motivational autonomous virtual humans in persistent worlds. Moreover, we have just started to investigate on the emotional level which has to be improved in the future to have more subjective and adaptive behaviors and also manage social interactions with other virtual humans or users. Applied to video games, non player characters are more interesting and believable because they live their own life when people don't interact with them.
De nos jours, les humains virtuels ont besoin d'une grande autonomie pour pouvoir vivre leur propre vie dans des mondes virtuels persistants comme les personnages non joueurs dans les jeux vidéo. Lors de la conception d'humains virtuels autonomes, la problématique de la sélection de l'action doit être prise en compte car elle est responsable de leur prise de décision à chaque instant. En effet, les architectures de sélection de l'action pour les humains virtuels autonomes doivent être réactives, dirigées par des buts, et intégrer des motivations et des émotions pour obtenir un haut niveau d'autonomie et d'individualité. Cette thèse peut être divisée en trois parties. Dans la première partie, nous définissons chaque mot de notre titre pour en préciser leur sens et poser la problématique de ce travail. Nous décrivons ensuite les domaines dont nous nous sommes inspirés pour élaborer notre modèle car le sujet de ce travail est très multidisciplinaire. En effet, la prise de décision est essentielle pour toute entité autonome et est étudiée en éthologie, robotique, infographie, informatique, et dans les sciences cognitives. Cependant nous avons choisi certaines techniques spécifiques pour implémenter notre modèle parmi toutes celles possibles : les systèmes de classeurs hiérarchiques et les hiérarchies à libre flux. La seconde partie de cette thèse décrit en détail notre modèle de sélection de l'action pour des humains virtuels. Nous avons utilisé des systèmes de classeurs hiérarchiques, fonctionnant en parallèle, pour générer des plans de comportements cohérents. Ils sont associés avec les fonctionnalités des hiérarchies à libre flux pour la propagation de l'activité car elles donnent une grande flexibilité et réactivité aux systèmes hiérarchiques. Plusieurs fonctionnalités ont été ajoutées pour améliorer et faciliter le choix de l'action la plus appropriée, à chaque instant, par rapport aux influences internes et externes. Finalement, dans la troisième partie de la thèse, un environnement virtuel complexe est créé avec beaucoup de motivations conflictuelles pour tester notre architecture et ses fonctionnalités. Les résultats démontrent que le modèle est suffisamment efficace, robuste, et flexible pour concevoir des humains virtuels motivés et autonomes dans des mondes virtuels persistants. De plus, nous venons de commencer les investigations au niveau des émotions dans notre modèle et nous projetons de continuer dans le futur pour avoir des comportements plus subjectifs et plus adaptés aux différentes situations ainsi que pour gérer les interactions sociales avec d'autres humains virtuels ou des utilisateurs. Appliquée aux jeux vidéo, notre architecture de sélection de l'action pour des humains virtuels autonomes dans des mondes persistants rendrait les personnages non-joueurs plus intéressants et plus réalistes car ils pourraient vivre leur propre vie lorsqu'ils ne sont pas en interaction avec les joueurs.