Universität zu Köln. Historisch-Kulturwissenschaftliche InformationsverarbeitungJan G. Wieners // jan.wieners@uni-koeln.de...
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Spiel
„Der Form nach betrachtet, kann man das Spiel alsozusammenfassend eine freie Handlung nennen, die als„nicht so gemeint“ un...
„Der Form nach betrachtet, kann man das Spiel alsozusammenfassend eine freie Handlung nennen, die als„nicht so gemeint“ un...
Auf dem Weg zu einer Arbeitsdefinition: Huizinga Caillois Suits Avedon und Sutton-Smith Crawford Kelley Salen und Z...
Juul: Sechs Eigenschaften von Spiel bzw. Spielen1. Regeln [Rules]: Spiele verfügen über Regeln.2. Veränderliches, quantita...
Juul: Sechs Eigenschaften von Spiel bzw. Spielen4. Spieler / Spielerinnen bemühen sich um das Spielergebnis[Player effort;...
Fokussierungsweisen Das Spiel als formales System: Regeln, Spielergebnis, Spielzieleund -ergebnisse, Das Verhältnis der ...
„Theory of Games and Economic Behavior“ (1944) Spiel („game“): Gesamtheit der Regeln, die dasSpiel beschreiben Spielpart...
Spieltheorie nach von Neumann und Morgenstern
Grundfragen: Handeln und Agieren Anzahl der Spielerinnen und Spieler Kommunikation Rationalität WiederholungSpieltheo...
KIals Entscheidungsfindung
KochKöchinKöchin: 50 EuroKoch: 50 EuroKöchin: 0 EuroKoch: 100 EuroKöchin: 100 EuroKoch: 0 EuroKöchin: 20 EuroKoch: 20 Euro...
Das GefangenendilemmaSpieler 2Spieler 13,3 7,00,7 5,5Übung: Spielen Sie das Gefangenendilemma mitIhrem Sitznachbarn / Ihre...
Das iterierte GefangenendilemmaSpieler 2Spieler 13,3 7,00,7 5,5Würden die Spieler anders entscheiden, wenn dasSpiel nicht ...
Langzeitstrategien – Beispiele
Langzeitstrategien – Beispiele
Ein Nullsummenspiel: „Matching Pennies“Spieler 2Spieler 1+1 -1-1 +1Übung: Spielen Sie das „Matching Pennies“ Spielüber meh...
Sequentielle Entscheidungen: Spielbäume (Extensivform)
Perfekte Entscheidungendurch Suchen
Tic Tac ToeJuul, Jesper: „255,168 ways of playing Tic Tac Toe”http://www.jesperjuul.net/ludologist/255168-ways-of-playing-...
…ein wenig abstrakter…3 12 8 2 4 6 14 5 2
Der Minimax-Algorithmus3 12 8 2 4 6 14 5 2MAXMIN 3 2 23min(3,12,8)=3min(2,4,6)=2max(3,2,2)=3min(14,5,2)=2
Menschliches Denken Rationales Denken„[Die Automatisierung von]Aktivitäten, die wir demmenschlichen Denkenzuordnen, Aktivi...
Digitale Spiele: Computer-und Videogames
Spiel I
 Game Engine (der Motor im Hintergrund der Games) Kapselt Funktionalität: Grafik-Engine (Rendering & Co., z.B. OGRE) S...
Wiederverwendbarkeit?Game engines[Gregory, J: Game Engine Architecture. 2009]
Most two- and three-dimensional video games: „softreal-time interactive agent-based computersimulations“ [Gregory, J: Game...
Forschungsfragen, eine Auswahl1. (Lassen sich Spiele in einem dedizierten Format (z.B.XML-basiert) vollständig beschreiben...
Ein Ansatz: Domain-specific entertainmentlanguages. U.a.: Game Description Language (GDL) Zillions of Games Ludi Game D...
Game Description Language(Stanford Logic Group): Prolog-ähnliche Syntax (datalog), fokussiert auf “General GamePlaying”Bei...
2013 General Game Playing Competition:http://games.stanford.edu/GDL Competition
Agent Wegfindung Dijkstra A* Entscheidungsfindung Zustandsautomaten Verhaltensbäume Fuzzy Logic Markov Systeme Le...
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Welches Verfahren lässt sich demRoboter / Agenten einpflanzen,damit er definitiv sein Ziel erreicht– und sich nicht verren...
 Prämisse: Alle Ecken sind rechtwinklig Somit kommen nur Rechtsdrehungen und Linksdrehungenum jeweils 90 Grad vor Wir v...
WieerreichtderAgentseinZiel(denAusgang)?
WieerreichtderAgentseinZiel(denAusgang)?
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 Insgesamt: 23 zu erzielende Punkte +2 +3 Punkte geschenkt  26 Punkte Klausurteilnahme bei 14 Punkten Wer keine 14 Pu...
Bitte wegen Absprache der klausurvorbereitenden Sitzung nach Kursstundevorbeischauen: 4862147 5674280 5609887 5518997...
Gibt„s heute keine. Guten Semesterendspurt!Hausaufgaben
SoSe 2013 | Basisinformationstechnologie II - 08_Computer- und Videogames und künstliche Intelligenz
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SoSe 2013 | Basisinformationstechnologie II - 08_Computer- und Videogames und künstliche Intelligenz

  1. 1. Universität zu Köln. Historisch-Kulturwissenschaftliche InformationsverarbeitungJan G. Wieners // jan.wieners@uni-koeln.deBasisinformationstechnologie IISommersemester 201326. Juni 2013 – Digitale Spiele und künstliche Intelligenz (ein kleiner Überblick)
  2. 2.
  3. 3. Spiel
  4. 4. „Der Form nach betrachtet, kann man das Spiel alsozusammenfassend eine freie Handlung nennen, die als„nicht so gemeint“ und außerhalb des gewöhnlichenLebens stehend empfunden wird und trotzdem denSpieler völlig in Beschlag nehmen kann, an die keinmaterielles Interesse geknüpft ist und mit der keinNutzen erworben wird, die sich innerhalb einer eigensbestimmten Zeit und eines eigens bestimmten Raumsvollzieht, die nach bestimmten Regeln ordnungsgemäßverläuft und Gemeinschaftsverbände ins Leben ruft,die ihrerseits sich gern mit einem Geheimnis umgebenoder durch Verkleidung als anders von dergewöhnlichen Welt abheben.“Huizinga: „Homo Ludens“ (1938)
  5. 5. „Der Form nach betrachtet, kann man das Spiel alsozusammenfassend eine freie Handlung nennen, die als„nicht so gemeint“ und außerhalb des gewöhnlichenLebens stehend empfunden wird und trotzdem denSpieler völlig in Beschlag nehmen kann, an die keinmaterielles Interesse geknüpft ist und mit der keinNutzen erworben wird, die sich innerhalb einer eigensbestimmten Zeit und eines eigens bestimmten Raumsvollzieht, die nach bestimmten Regeln ordnungsgemäßverläuft und Gemeinschaftsverbände ins Leben ruft,die ihrerseits sich gern mit einem Geheimnis umgebenoder durch Verkleidung als anders von dergewöhnlichen Welt abheben.“Huizinga: „Homo Ludens“ (1938)Freie Handlung, nicht so gemeint, außerhalb des gewöhnlichen Lebens,kein materielles Interesse, kein Nutzen, eigens bestimmte Zeit und Raum („Magischer Zirkel“),Gemeinschaftsverbände, VerkleidungKongruiert diese Definition mitunserem intuitiv verwendetenSpielbegriff?
  6. 6. Auf dem Weg zu einer Arbeitsdefinition: Huizinga Caillois Suits Avedon und Sutton-Smith Crawford Kelley Salen und ZimmermanJuul: „Classic Game Model“ (2005)„A game is a rule-based system with a variable and quantifiable outcome,where different outcomes are assigned different values, the player exertseffort in order to influence the outcome, the player feels emotionallyattached to the outcome, and the consequences of the activity arenegotiable.“
  7. 7. Juul: Sechs Eigenschaften von Spiel bzw. Spielen1. Regeln [Rules]: Spiele verfügen über Regeln.2. Veränderliches, quantitativ bestimmbares Ergebnis [Variable,Quantifiable Outcome]: Die Spielregeln müssen unterschiedliche Spielresultate / -Ergebnisse vorsehen. Als „game activity“: Das Spiel muss auf die Spielfertigkeiten derSpieler eingehen können.3. Differierende Qualität der Spielergebnisse [Valorization ofOutcome]: Manche der möglichen Spielergebnisse sind besser,manche schlechter als andere, d.h. das Spielergebnis istcharakterisiert durch eine Wertigkeit (i.e. die Auszahlung desSpieles).Juul: „Classic Game Model“
  8. 8. Juul: Sechs Eigenschaften von Spiel bzw. Spielen4. Spieler / Spielerinnen bemühen sich um das Spielergebnis[Player effort; „Games are challenging“]: Spiele stellen eineAnforderung an Spielerinnen und Spieler.5. Der Spieler / die Spielerin steht in einem emotionalen Verhältniszum Spielergebnis [Player attached to outcome]: Gewinner =>glücklich, Verlier => unglücklich6. Das Spiel hat keine unmittelbaren Konsequenzen auf das Lebendes Spielers / der Spielerin [negotiable consequences]; dieVerknüpfung des Spiels mit Konsequenzen ist optional: Das Spiel istsich zunächst Selbstzweck.+ Systemischer Aspekt [Salen und Zimmerman 2004]: „A game is asystem in which players engage in an artificial conflict, defined by rules,that result in a quantifiable outcome.“Juul: „Classic Game Model“
  9. 9. Fokussierungsweisen Das Spiel als formales System: Regeln, Spielergebnis, Spielzieleund -ergebnisse, Das Verhältnis der Spielerinnen und Spieler zum Spiel: Spielerbemühen sich um das Spielergebnis, emotionales Verhältnis zumSpiel, keine unmittelbaren Konsequenzen auf das Leben der SpielerJuul: „Classic Game Model“
  10. 10. „Theory of Games and Economic Behavior“ (1944) Spiel („game“): Gesamtheit der Regeln, die dasSpiel beschreiben Spielpartie („play“): Vorgang, in dem das Spielgespielt wird Spielzug („move“) Zugwahl („choice“) Spielregeln determinieren, welche Spielsymbolezu welchem Spielzeitpunkt auf welche Art undWeise bewegt werden dürfenSpieltheorie nach von Neumann und Morgenstern
  11. 11. Spieltheorie nach von Neumann und Morgenstern
  12. 12. Grundfragen: Handeln und Agieren Anzahl der Spielerinnen und Spieler Kommunikation Rationalität WiederholungSpieltheorie nach von Neumann und Morgenstern
  13. 13. KIals Entscheidungsfindung
  14. 14. KochKöchinKöchin: 50 EuroKoch: 50 EuroKöchin: 0 EuroKoch: 100 EuroKöchin: 100 EuroKoch: 0 EuroKöchin: 20 EuroKoch: 20 EuroAuszahlungsmatrix des SpielesWie würden Sie sich am Ende des Wettbewerbesentscheiden?
  15. 15. Das GefangenendilemmaSpieler 2Spieler 13,3 7,00,7 5,5Übung: Spielen Sie das Gefangenendilemma mitIhrem Sitznachbarn / Ihrer –Nachbarin. Wer gewinntdas Spiel? Und warum?Worin bestünde eine sinnvolle Handlung? Worinbesteht das namensgebende Dilemma des Spieles?
  16. 16. Das iterierte GefangenendilemmaSpieler 2Spieler 13,3 7,00,7 5,5Würden die Spieler anders entscheiden, wenn dasSpiel nicht nur einmal, sondern wiederholt, d.h. inmehreren Runden gespielt würde?Übung: Spielen Sie das wiederholteGefangenendilemma mit Ihrem Sitznachbarn / Ihrer –Nachbarin über zehn Runden. Wer gewinnt? Lässtsich eine erfolgreiche Langzeitstrategie identifizieren?
  17. 17. Langzeitstrategien – Beispiele
  18. 18. Langzeitstrategien – Beispiele
  19. 19. Ein Nullsummenspiel: „Matching Pennies“Spieler 2Spieler 1+1 -1-1 +1Übung: Spielen Sie das „Matching Pennies“ Spielüber mehrere Spielrunden mit Ihrem Nachbarn.Welche Langzeitstrategie bietet sich in dem Spiel an,um möglichst erfolgreich zu spielen?
  20. 20. Sequentielle Entscheidungen: Spielbäume (Extensivform)
  21. 21. Perfekte Entscheidungendurch Suchen
  22. 22. Tic Tac ToeJuul, Jesper: „255,168 ways of playing Tic Tac Toe”http://www.jesperjuul.net/ludologist/255168-ways-of-playing-tic-tac-toe
  23. 23. …ein wenig abstrakter…3 12 8 2 4 6 14 5 2
  24. 24. Der Minimax-Algorithmus3 12 8 2 4 6 14 5 2MAXMIN 3 2 23min(3,12,8)=3min(2,4,6)=2max(3,2,2)=3min(14,5,2)=2
  25. 25. Menschliches Denken Rationales Denken„[Die Automatisierung von]Aktivitäten, die wir demmenschlichen Denkenzuordnen, Aktivitäten wiebeispielsweiseEntscheidungsfindung,Problemlösung, Lernen..“(Bellman, 1978)„Die Studie mentalerFähigkeiten durch dieNutzungprogrammiertechnischerModelle.“(Charniak undMcDermott,1985)Menschliches Handeln Rationales Handeln„Das Studium desProblems, Computer dazuzu bringen, Dinge zu tun,bei denen ihnenmomentan der Menschnoch überlegen ist.“(Rich und Knight, 1991)„Computerintelligenz ist dieStudie des Entwurfsintelligenter Agenten.“(Poole et al., 1998)Fokussierungsweisen von KI nach Russell / Norvig
  26. 26. Digitale Spiele: Computer-und Videogames
  27. 27. Spiel I
  28. 28.  Game Engine (der Motor im Hintergrund der Games) Kapselt Funktionalität: Grafik-Engine (Rendering & Co., z.B. OGRE) Sound Spielphysik Spielsteuerung Netzwerkanbindung Reaktion auf EingabenGame Engines
  29. 29. Wiederverwendbarkeit?Game engines[Gregory, J: Game Engine Architecture. 2009]
  30. 30. Most two- and three-dimensional video games: „softreal-time interactive agent-based computersimulations“ [Gregory, J: Game engine Architecture. 2009] Agentenbasiert: „Ein Agent ist ein System, das sich ineiner Umgebung befindet und dazu fähig ist, selbstständigund eigenverantwortlich Handlungen zu vollziehen, umindividuell relevante Ziele zu verfolgen und zu erreichen.Seine Umgebung nimmt der Agent wahr über Sensoren;Handlungen in der Umgebung des Agenten vollziehen sichdurch Aktuatoren.“Video Games
  31. 31. Forschungsfragen, eine Auswahl1. (Lassen sich Spiele in einem dedizierten Format (z.B.XML-basiert) vollständig beschreiben, so dass einSpieleinterpreter (Software) das Spiel spielen kann?)2. Wie lassen sich glaubhaft agierende Bots / Agentenimplementieren?3. Wie konstituieren sich perfekte Entscheidungen inklassischen-, Computer- und Videospielen?4. … ∞Kontext Digitale Spiele
  32. 32. Ein Ansatz: Domain-specific entertainmentlanguages. U.a.: Game Description Language (GDL) Zillions of Games Ludi Game Description Language UnrealScript GameXMLSpiele beschreiben
  33. 33. Game Description Language(Stanford Logic Group): Prolog-ähnliche Syntax (datalog), fokussiert auf “General GamePlaying”Beispiel TicTacToe:;; Tictactoe;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; Roles;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;(role x) (role o);;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; Initial State;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;(init (cell 1 1 b)) (init (cell 1 2 b)) (init (cell 1 3 b)) (init (cell 2 1 b)) (init (cell 2 2 b))[…](<= (next (cell ?x ?y ?player)) (does ?player (mark ?x ?y)))(<= (next (cell ?x ?y ?mark)) (true (cell ?x ?y ?mark)) (does ?player (mark ?m ?n))Spiele beschreiben: GDL
  34. 34. 2013 General Game Playing Competition:http://games.stanford.edu/GDL Competition
  35. 35. Agent Wegfindung Dijkstra A* Entscheidungsfindung Zustandsautomaten Verhaltensbäume Fuzzy Logic Markov Systeme Lernen Bestärkendes Lernen Künstliche Neuronale Netze SchwarmintelligenzAgentenbasierte Modellierung(Anforderungen, u.a.):
  36. 36. Spiel IAgent „Mario“Agent „Fleischfressende Pflanze“Agent „Pilz“ Agent „Pilz“Agent „SchildkrötAgent „Wolke“Agent „Münze“?Agent „Münze“?
  37. 37. Agent „Kleiner Junge“Agent „Fiese Möpp“Agent „Fiese Möpp“
  38. 38. Agenten?
  39. 39. Uninformierte Suche: WegfindungIn Aktion („Command and Conquer“, HTML5):http://www.adityaravishankar.com/projects/games/pathfinding-javascript-rts-demo/
  40. 40. Ein Beispiel:Wiederverwendbares Verhalten(vgl. Prof. Thaller: „Re-usable Content in 3D und Simulationssystemen”, www.hki.uni-koeln.de/display_course/232)
  41. 41. Welches Verfahren lässt sich demRoboter / Agenten einpflanzen,damit er definitiv sein Ziel erreicht– und sich nicht verrennt?
  42. 42.  Prämisse: Alle Ecken sind rechtwinklig Somit kommen nur Rechtsdrehungen und Linksdrehungenum jeweils 90 Grad vor Wir verwalten unterwegs einen Umdrehungszähler, der: bei jeder Linksdrehung um eins erhöht und bei jeder Rechtsdrehung um eins verringert wird (auch beider ersten Rechtsdrehung, die nach dem Auftreffen auf eineWand ausgeführt wird). Zu Beginn wird dieser Umdrehungszähler auf null gesetzt Anschließend werden die beiden Anweisungen geradeaus, bis Wand erreicht Folge der Wand, bis Umdrehungszähler = 0solange wiederholt, bis wir ins Freie gelangenPledge-Algorithmus
  43. 43. WieerreichtderAgentseinZiel(denAusgang)?
  44. 44. WieerreichtderAgentseinZiel(denAusgang)?
  45. 45. /
  46. 46.  Insgesamt: 23 zu erzielende Punkte +2 +3 Punkte geschenkt  26 Punkte Klausurteilnahme bei 14 Punkten Wer keine 14 Punkte erreicht hat, bereitet uns aufdie Klausur vorKlausurvorbereitung 03.07.2013
  47. 47. Bitte wegen Absprache der klausurvorbereitenden Sitzung nach Kursstundevorbeischauen: 4862147 5674280 5609887 5518997 5610540 5635080 5595053 5645948 5591392 5595320 5404592 5575117 4304217 5102987 5400350 5598028Klausurvorbereitung 03.07.2013ToDo: Kurzreferat über Inhalte der Kursstunde  Waswar wichtig? Was war nicht wichtig? Handout erstellen und bereitstellen über Inhalteder Stunde, zusätzlich: AchtBeispielklausurfragen Themen: RechnerkommunikationAlbrecht, Odenthal Algorithmen der Bildverarbeitung: KompressionSilva, Ludwig, Schmitz Algorithmen der Bildverarbeitung: Computer Vision –Vorverarbeitung Grundlagen der Suchmaschinenoptimierung Text Video und AudioTürkoglu, Oude-Aoust Künstliche Intelligenz in Computer- und VideogamesMunsch, Christoph
  48. 48. Gibt„s heute keine. Guten Semesterendspurt!Hausaufgaben

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