Usando algoritmos para crear la red de senderos de Riders Republic

En la Conferencia de Desarrolladores de Ubisoft de 2022, el artista principal de Houdini, Igor Kharitonov, habló sobre la creación de los senderos generados procedimentalmente en Riders Republic. Para crear la extensa red de senderos interconectados del juego, el equipo utilizó inicialmente un método de búsqueda de rutas para construir un camino entre dos puntos de interés en el paisaje. El algoritmo de búsqueda de caminos es aparentemente sencillo: un diseñador asigna un punto A y un punto B en el mapa, y el algoritmo crea el camino más óptimo posible, teniendo en cuenta los límites del paisaje, las limitaciones de curvatura del propio camino y la evitación de obstáculos. En teoría, la trayectoria generada llevaría a los jugadores del punto A al punto B sin hacerles subir directamente a una montaña, tomar una curva imposiblemente pronunciada o chocar contra un árbol o un acantilado. Sin embargo, las trayectorias generadas no se ajustaban a las necesidades de la jugabilidad de Riders Republic, ya que el algoritmo de búsqueda de trayectorias dificultaba al equipo la adición de elementos de pista como rampas y puentes que hacen que las carreras de motos sean divertidas, por lo que el equipo tuvo que buscar una solución alternativa: los algoritmos genéticos.

En Riders Republic, el algoritmo genético tomaba las trayectorias generadas -más de cientos de miles de opciones- y clasificaba cada una por su calidad. A continuación, empareja aleatoriamente dos caminos de alto rendimiento (piensa en ellos como los padres), extrapola los tramos más ideales dentro de cada camino y luego los fusiona para crear un camino mejorado (el hijo). Este proceso se repetiría hasta que el equipo de desarrollo tuviera un sendero que fuera manejable y divertido para los jugadores. Hablamos con Igor Kharitonov sobre los retos de diseñar un paisaje inspirado en los parques nacionales de la vida real, y sobre cómo el equipo fue capaz de dar forma a los algoritmos para que se adaptaran mejor a la jugabilidad de Riders Republic.

Cuando diseñas un juego de carreras y deportes extremos como Riders Republic, ¿creas primero las carreteras o los paisajes? ¿Cómo se altera el proceso al utilizar escenarios del mundo real?

Igor Kharitonov: En nuestro enfoque, primero creamos el paisaje, añadiendo al mundo senderos icónicos de parques nacionales de la vida real. A continuación, se esculpieron las carreteras y pistas sobre el terreno existente. La propia geología se adoptó para proporcionar la cantidad de pendiente necesaria, lo que significa que en Riders Republic las pendientes son mucho más pronunciadas que en el mundo real.

Sin embargo, al diseñar nuestras pistas de carreras, nos dimos cuenta de que no sólo siguen el terreno subyacente, como las carreteras ordinarias, sino que también poseen algunas características -como baches artificiales, por ejemplo- que las hacen más interesantes para conducir.

¿Cómo determinaron los puntos de partida y de llegada de cada pista?

IK: El equipo mundial realizó un gran trabajo para diseñar la red de carreteras y senderos a gran escala. Se eligieron algunos puntos de interés en el mapa y se conectaron entre sí. Luego, cada conexión fue procesada por un generador de carreteras y reemplazada por carreteras/caminos reales.

¿Qué datos utilizaste para determinar si una curva era demasiado pronunciada o una pendiente demasiado pronunciada? ¿Cómo calculaste el mejor camino posible para los jugadores?

IK: Dependiendo de la propiedad, se pueden utilizar varias ecuaciones matemáticas. Para medir la agudeza de los giros, se calculó la curvatura de la trayectoria en cada punto y luego se invirtió para obtener el radio de giro. La pendiente se calculó como una derivada parcial sobre un campo de altura del terreno.

En las primeras fases de desarrollo, no había ningún objetivo de encontrar la mejor trayectoria posible para los jugadores. Queríamos generar un sendero que cumpliera los requisitos deseados, lo que en última instancia se traduce en una buena jugabilidad. Para obtener estos resultados, utilizamos el algoritmo genético, que toma prestadas las ideas de evolución de la naturaleza y opera con los conceptos de población, selección, cruce y mutación. Con este algoritmo, podíamos empezar con unas trayectorias, generadas aleatoriamente entre puntos de partida y de llegada, y luego evolucionar y converger a algo significativo.

¿Cómo determinaba el algoritmo genético las mejores partes de las trayectorias de los padres que debían pasar al hijo?

IK: No había ningún objetivo de extraer con precisión las mejores partes de las trayectorias de los padres para pasarlas al hijo. No es exactamente así como funciona un algoritmo genético. En su lugar, realizamos una evaluación de todas las trayectorias generadas aleatoriamente y asignamos una puntuación correspondiente. Cuanto mayor sea la puntuación, más elementos queremos que contenga una trayectoria. A continuación, esta puntuación se utiliza para guiar el proceso de selección que define los candidatos al cruce. Cuanto mayor sea la puntuación, más posibilidades tiene una trayectoria de ser seleccionada y cruzada con otra, por lo tanto, más posibilidades tendrán sus partes de ser promovidas a la siguiente generación.

Has mencionado que el algoritmo genético se ha ejecutado cientos de miles de veces. ¿Cómo sabéis cuándo habéis creado por fin el sendero perfecto que maximizará la diversión de los jugadores?

IK: La calidad del resultado de un algoritmo genético depende del número de iteraciones, que teóricamente puede ser infinito (con el tiempo infinito de cálculo). Por supuesto, con más y más iteraciones, el aumento de la calidad empieza a saturarse y a estabilizarse. Esto nos permite limitar el número de iteraciones sin sacrificar demasiado la calidad. El número de iteraciones fue uno de los hiperparámetros del sistema que se eligió equilibrando entre el rendimiento y la calidad de la solución.

¿Cómo afecta el recorrido del resultado final al tipo de obstáculos, como rampas y puentes, que se pueden añadir?

IK: Los elementos adicionales, como las rampas y los puentes, se colocaron en la pista según unas reglas, que requerían una pendiente, una curvatura y una anchura específicas de la pista. Estas reglas formaban parte de la descripción de la pista. Por supuesto, era imprescindible disponer de segmentos de la vía con las características deseadas para poder colocar el elemento. Por tanto, era importante garantizar que los parámetros generales de la pista responsables de su forma y los parámetros de los elementos artificiales coincidieran.

Riders Republic está disponible en Xbox Series X|S, Xbox One, PS5, PS4, Stadia, Amazon Luna y PC. Si quieres saber más sobre Riders Republic, lee sobre el documental exclusivo de gTV o la reciente colaboración de Prada.