plug-in ml-agent для unity

Совсем недавно был обновлен плагин ml-agents. Для тех кто не знает это плагин с открытым кодом, который является средой для обучения агентов в unity. Их можно обучать с использованием reinforcement learning, imitation learning, neuroevolution или других методов машинного обучения используя Python API. Так же в нем предоставлен ряд современных алгоритмов (основанных TensorSlow), которые позволяют создавать более умных NPC для ваших игр.

Что вам нужно чтобы внедрить машинное обучение в Unity?

Скачать данный плагин можно по ссылке . Вам понадобится папка unity-envonment. Перед этим создайте пустой проект. В папку Assets добавьте содержание папки Assets с unity-envonment. Подобное проделайте с ProjectSettings. Обратите внимание, если вы добавляете данный плагин в уже существующий проект, для начала создайте пустой проект выполните пункты выше описание выше и создайте package (Assets-ExportPackage) и далее просто импортируйте его в свой существующий проект. Это нужно, чтобы вы не потеряли имеющийся настройки ProjectSettings в вашем проекте.

Реализацию машинного обучения я продемонстрирую вам на примере игры футбол (данная сцена уже есть в плагине). В ней есть две команды, синие и красные. У каждой команды есть нападающий и вратарь.


Вернемся к самому плагину. Для того чтобы он работал нам на сцене нужна минимум по одному объекту Academy, Brain и Agent. Схему взаимодействия можно посмотреть ниже



На сцене расположены обьект Academy и дочерние ему GoalieBrain, StrikerBrain. Как мы можем заметить со схемы, у каждой Academy может быть несколько Brain, но у каждого Brain должна быть одна Academy.

Agent — это наши игровые обькты, которые мы хотим обучить



Далее переходим к коду. Класс SoccerAcademy, который добавлен на GameObject Academy наследуеться от класса Academy, перед этим стоит добавить пространтсво имен using MLAgents. После этого нам стоит переопределить методы

public override void AcademyReset()
{

}

public override void AcademyStep()
{

}

И добавить ссылки на созданные Brain

public Brain brainStriker;
    public Brain brainGoalie;

Добавляем компонент Brain на GoalieBrain, StrikerBrain и присваиваем их в Academy



Класс AgentSoccer наследуется от Soccer. Добавляем его на каждого игрока и указывам какой Brain будет использоваться.



В скрипте AgentSoccer мы опишем логику игроков. В переопределенном методе CollectObservations() мы добавляем список лучей, которые помогут игрокам следить за игровым процессом и реагировать на них.

public override void CollectObservations()
    {
        float rayDistance = 20f;
        float[] rayAngles = { 0f, 45f, 90f, 135f, 180f, 110f, 70f };
        string[] detectableObjects;
        if (team == Team.red)
        {
            detectableObjects = new string[] { "ball", "redGoal", "blueGoal",
                "wall", "redAgent", "blueAgent" };
        }
        else
        {
            detectableObjects = new string[] { "ball", "blueGoal", "redGoal",
                "wall", "blueAgent", "redAgent" };
        }
        AddVectorObs(rayPer.Perceive(rayDistance, rayAngles, detectableObjects, 0f, 0f));
        AddVectorObs(rayPer.Perceive(rayDistance, rayAngles, detectableObjects, 1f, 0f));
    }

Переопределенный метод AgentAction, это некий аналог Update. В нем мы вызываем метод перемещения и расспределяем награды.

    public override void AgentAction(float[] vectorAction, string textAction)
    {
        // Existential penalty for strikers.
        if (agentRole == AgentRole.striker)
        {
            AddReward(-1f / 3000f);
        }
        // Existential bonus for goalies.
        if (agentRole == AgentRole.goalie)
        {
            AddReward(1f / 3000f);
        }
        MoveAgent(vectorAction);

    }

Если соприкасаемся с мячом, толкаем его

    void OnCollisionEnter(Collision c)
    {
        float force = 2000f * kickPower;
        if (c.gameObject.tag == "ball")
        {
            Vector3 dir = c.contacts[0].point - transform.position;
            dir = dir.normalized;
            c.gameObject.GetComponent<Rigidbody>().AddForce(dir * force);
        }
    }

Сбрасываем команды, когда цель выполнена

public override void AgentReset()
    {
        if (academy.randomizePlayersTeamForTraining)
        {
            ChooseRandomTeam();
        }

        if (team == Team.red)
        {
            JoinRedTeam(agentRole);
            transform.rotation = Quaternion.Euler(0f, -90f, 0f);
        }
        else
        {
            JoinBlueTeam(agentRole);
            transform.rotation = Quaternion.Euler(0f, 90f, 0f);
        }
        transform.position = area.GetRandomSpawnPos(team.ToString(),
                                                    agentRole.ToString());
        agentRB.velocity = Vector3.zero;
        agentRB.angularVelocity = Vector3.zero;
        area.ResetBall();
    }

Варианты обучения

Обучать агентов можно как с редактора unity, так с помощью TensorFlow. Что касается unity, то вам нужно в Academy указать наказание и и награду для каждого Brain.



Так же стоит указать Brain его TypeBrain установив значение External. Они так же бывают следующих типов:

• External — где решения принимаются с использованием API Python. Здесь наблюдения и награды, генерируемые Brain, перенаправляются в API Python через внешний коммуникатор. Затем API-интерфейс Python возвращает соответствующее действие, которое должен выполнить агент..
• Internal — где решения принимаются с использованием встроенной модели TensorFlow. Вложенная модель TensorFlow представляет собой научную политику, и Brain напрямую использует эту модель для определения действия для каждого Агента.
• Player — где решения принимаются с использованием реального ввода с клавиатуры или контроллера. Здесь игрок-человек контролирует Агента, а наблюдения и награды, собранные Мозгом, не используются для управления Агентом.
• Heuristic — где решения принимаются с использованием жестко кодированного поведения. Это похоже на то, как в настоящее время определено большинство поведения персонажей и может быть полезно для отладки или сравнения того, как Агент с жестко закодированными правилами сравнивается с Агентом, чье поведение было обучено.