VÍDEO JUEGO Y CIENCIAS DE LA COMPUTACIÓN – EL VÍDEO JUEGO AUTÓMATA: Introducción a los temas

 AUTOMATAS, MÁQUINA DE ESTADOS y CADENAS DE MARKOV

Una de las perspectivas interesantes que no suelen abordarse en los  estudios académicos y  en general a las visiones de “producto-experiencia” es el tema de los vídeo juegos como “software”.  Siendo relativamente sencillo encontrar quienes apelan a vender los vídeo juegos como nuevas formas de servicios,  algún tipo de arte pos-moderno y en el peor de los casos “tecno-magia“, sin razón aparente acerca de su funcionamiento.

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Fuente de la imagen http://www.gameroomrepair.com

Con esto en mente y partiendo del vídeo juego como software y de la idea del  “video-game computer” esta entrada atiende a la pregunta:

 ¿Cómo es el vídeo juego desde la perspectiva de la ciencia clásica de la computación,  teoría de autómatas?

Ante todo no soy doctor en ciencias de la computación, matemático de profesión, experto en robótica ni ensamblador de  máquinas pinball. Agradeceré cualquier comentario, critica o solicitudes de corrección o aclaración de los temas planteados

 No es un sitio para la promoción de productos, comparativas, análisis, noticias ni reseñas. No no trata de la colaboración con el marketing y el pos-marketing, re-venta de productos, superstición, subjetividad  NI  superchería. Es dedicado a la promoción de la epísteme  la razón  y las ciencias aplicadas a los vídeo juegos, mediante los relatos del agua que moja. Los expertos en subjetividad avanzada no encontrarán mayores aportes.

Alan Turing y Von Neumann padres de toda esa brujería de la computación.

Antes de iniciar advierto de lo rudimentario de la matemática. Los matemáticos de verdad pueden sacar un mejor provecho de estas ideas.

Resumen de temas:

Meditaremos las máquinas primitivas, el software, el algoritmo y el problema algorítmico. Posteriormente una introducción al maquinas de estado y el  lenguaje formal, con breves ejemplos.  Exploraremos los tipos de maquinas de estado en vídeo juegos y del vídeo juego autómata .  Repasaremos algunos temas de teoría de juegos proceso estocástico, triunfo-fracaso, y algunas consideraciones de las mecánicas o gameplay. Finalizando con unas cortas palabras finales.

PROLOGO CORTO- ENTRETENIMIENTOS  PRIMITIVOS y AUTÓMATAS MECÁNICOS

Los  juegos de árcade fueron durante muchas décadas aparatos con mecanismos no muy distintos a  juguetes de cuerda, mientras que las computadoras modernas tienen como antecesores a los telares automatizados y las máquinas de cálculo.

Por el fabricante Williams de 1951 máquina llamada “Sea Jockeys”. Fuente de la imagen http://www.pinrepair.com/baseball/
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Telares automatizados fabricadas por Austrian Jacquard. Fuente de la imagen: Wikipedia

Desde esta perspectiva podríamos, nombrar un sin fin de ejemplos de autómatas electro-mecánicos en los árcades primitivos, solo si , atendemos como autómata a “una máquina que imita la figura y los movimientos de un ser animado”.  En su mayoría las  máquinas  recreativas modernas son de “apuestas”, anotando que en este particular las máquinas “Pinball” cayeron infortunadamente en aquella definición. Sin embargo, si existe algo que ignoramos adrede es que el conjunto  “árcades mecánicos de apuestas” no tienen nada de orientación a jugadores “casuales”.

Esperen!!!. Esta no es una entrada de historia, de eso ya he escrito muchas líneas. Visitar: VIDEO JUEGOS SEMIOTICA, NARRATOLOGIA Y LUDOLOGIA : PARTE 3 – Video Juego primitivo – electronic game simulation and mainframe el BIG-BANG!!

Cierro el corto prologo e inicio deseando que esta nueva perspectiva en el temas sea interesante al público general, En especial como una introducción menos supersticiosa orientada a los desarrolladores entusiastas e independientes.

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INTRODUCCIÓN

Lo que antes considerábamos como “software” en los inicios de la computación, décadas de los 50’s a los 60’s, es muy parecido a la imagen inferior; queríamos resolver un problema y le dividíamos en pedazos o un “Algoritmo”. Una vez preparado el software en tarjetas perforadas, ingresábamos los datos numéricos o valores iníciales al computador,  después de un  largo tiempo de espera, la computadora (main-frame) arrojaba una solución.

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AT&T Tech Channel – How a Computer Works. Great Tutorial From 1962

Para la década de los 80’s del siglo XX, gracias a sistemas de computo poderosos,  trabajamos con “Aplicativos” o “Aplicaciones”, son algo así como herramientas flexibles, no se estancan en un solo problema. Los aplicativos modernos son herramientas con la capacidad de ofrecer una amplia gama de soluciones dentro de una  línea de entrada similar. En nuestro caso son los motores gráficos modernos como Unity, Unreal, Etc., son aplicaciones en el mundo de los vídeo juegos.

Regresamos a la idea del software primitivo. Un ejemplo de solución tipo “algoritmo” en vídeo juegos es observado en la gráfica inferior, es el proceso de render moderno OpenGL  ( Graphics Library), o una de las tantas propuestas existentes. Es realmente un problema resuelto mediante una entrada de vértices y una salida  de líneas de vídeo en un monitor. Es lo que fervientemente es vendido como vídeo juegos en esta era moderna, siendo la parte más insignificante del proceso en el software, no se confundan no en el hardware que no serán tratados.

Les invito a visitar: PROGRAMACIÓN EN 3D LA GPU PRINCIPIOS BÁSICOS PARA NO PROGRAMADORES, NI INGENIEROS

Existen muchas interpretaciones al FIXED PIPELINE. En este blog es como una receta de cocina, solo un camino llevará a completar la receta con éxito. Fuente de la imagen http://www.ntu.edu.sg

Como un vídeo juego ideal no es una solución algorítmica lineal (entrada-salida), y con las premisas: No resolvemos ningún problema matemático, ni es una herramienta. La invitación es a verificar el tema desde la perspectiva de la  “teoría de la computación”, con el fin de adelantar algunas ideas con la ayuda de estos viejos temas olvidados e ignorados.

Repasemos algunas definiciones:

problema computacional es una relación entre un conjunto de instancias y un conjunto de soluciones.

Una solución algorítmica a un problema abstracto consiste de un algoritmo que por cada instancia del problema calcula al menos una solución correspondiente –en caso de haberla– o expide un certificado de que no existe solución alguna.

fuente: Wikipedia

En este respecto les había propuesto la idea de una “máquina cinemática” en los vídeo juegos modernos, en la entrada Etología de los Perro-pollo (TRICO): Azar, física, caos e IA en video juegos. Elementos que me hicieron meditar sobre el vídeo juego con algo similar a un  “Autómata” y de paso preparar esta larga entrada durante varias semanas, con un duro trabajo de investigación y revisión.

Antes de continuar debo aclarar varios puntos sobre los contenidos ofrecidos:

  • No tratará sobre historia de la informática o de la automatización, pero aspiro a ofrecer la mejor introducción posible al público general sobre este tema orientándolo a los vídeo juegos.
  • Usare matemática y grafos, pero no se alarmen, intentaré explicar a detalle al ser un tema nuevo en el blog y una introducción a los temas al público general.
  • No dudaré en usar el lenguaje formal exigido por estos paradigmas, además del uso de temas en probabilidad.
  • Es una entrada extensa, no estará dividida, tomen su tiempo y lean con calma.
  • Finalmente, consideren que no puedo llamarlo: teoría del vídeo juego como autómata” o “modelo del vídeo juego como autómata”,no es tal, un ejemplo que propongo a este respecto es cuando sumas manzanas no es la “teoría de la suma de manzanas”.

Les recuerdo la  entrada es divulgativa: como una exposición tipo ensayo orientado al público general. Humildemente no pretende ser más que un relato del agua que moja 😉 .

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 PRIMEROS PASOS CON LOS AUTÓMATAS Y LOS VÍDEO JUEGOS

El primer ejemplo para la aproximación al tema es el “Mario Maker” (Wii U/3DS), como ejemplo de autómatas y elementos de juego. En particular este video juego nos ofrece un nivel vació en donde podemos ir modificando y agregando pequeños  obstáculos y rivales que se mueven automáticamente, en la medida que van apareciendo en pantalla, cuando son rivales modifican su aspecto al atacar. No olvidemos, nuestro avatar es un autómata y observamos su movimiento  a la presión de botones,  cambiando de aspecto (estados) según encontramos elementos en la pantalla.

Entremos en los detalles básicos. Con el “diagrama de estados”  solemos representar los autómatas y máquinas de estados. El primer ejemplo propuesto es observado en la gráfica inferior,  es la máquina  básica que podemos encontrar en cualquier vídeo juego. La máquina MENU⇐⇒JUEGO  es una compuesta por dos (2) ESTADOS.

MAQUINA1
Máquina de estados Menú-Juego. Elaboración propia
  • Los dos círculos son llamados ESTADOS
    • El estado (1) es el menú principal, mientras que el estado (2), es como tal el juego.
  • Las líneas con flechas indican los CAMBIOS DE ESTADOS.
    • Sobre las líneas y sus  etiquetas indican las CONDICIONES para el salto entre los estados.

fsm3

En la medida que avancemos en el tema mostraré como cualquier vídeo juego medianamente complejo es un CONJUNTO de máquinas de estados, dentro de una máquina de estados mayor. Fuente de la imagen http://www.programmingbasics.org

Una premisa importante es la existencia de una delgada frontera que divide a los autómatas y las máquinas de estado, el primer termino contiene al segundo, por tal motivo simplemente a conveniencia les llamaré: autómata o máquina de estado; en cada aplicación particular.

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Esquema de estudio de las máquinas autómatas en las ciencias de la computación, fuente de la imagen Wikipedia.

Wikipedia hace una anotación importante para diferenciar los DIAGRAMAS DE FLUJO y los DIAGRAMAS DE ESTADO. La figura inferior muestra la esencia de una máquina de estados (a) en  donde en cada uno de los bloques representan acciones como respuesta a eventos o condiciones. Por el contrario en la (b) es una solución tipo diagrama de flujo, bien en este podemos representar las transiciones, pero  son  nodos, uno seguido del otro. Un diagrama del tipo (b) DIAGRAM DE FLUJO es bastante útil cuando deseamos representar un flujo lineal de actividades.

State diagram (a) and flowchart (b)
Fuente de imágenes y texto Wikipedia.

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Los invito a considerar que aun el primer  vídeo juego para uso en la TV hogareña, video consola, es  Autómata como en la  Magnavox Odisey de 1972, que es un complejo conjunto de circuitos electrónicos destinados a la generación de cuadros de color en señal del tipo Vídeo Compuesto.

ALGO DE MATEMÁTICA DEL AUTÓMATA

Para convertir un juego en un autómata conceptual o máquina de estados finitos, (FSM = finite state machine). El único camino es usar el  “lenguaje formal matemático”, de paso servirá de introducción para todos.

Para un autómata debemos definir 5 elementos  denominados por términos:

Q, Σ, δ, q0  y F:

Q es el conjunto de estados: Puede ser simple como de  éxito o fracaso, hasta un conjunto complejo de metas dentro del juego, cambios de nivel, acciones de nuestro avatar o de un rival controlado por la computadora, etc.

Σ (sigma) o  alfabeto; es un conjunto de variables que definen los cambios de estado. En la matemática de los autómatas son caracteres o números.
Para atender esta visión de aplicación, son cosas como presiones de teclas, #nivel,  #Muertes, #Lineas_tetris,  y un largo Etc.

q0 es el estado inicial, desde donde iniciamos la máquina. Es un estado que siempre pertenece a Q.

 δ (delta minúscula) es la  función de transición  la cual relaciona los estados con el alfabeto. Lo importante en vídeo juegos es no complicar las técnicas por tanto les propongo las siguiente formas de construir δ:

Una tabla de transición en la que hemos definido cuales son las condiciones o transiciones de cada uno de los estados.

videgame_state_table1
Elaboración propia  a partir de Wikipedia.

Una tabla de estados, en la que definimos mediante condiciones los cambios de los estados dados un conjunto de condiciones

videgame_state_table2
Elaboración propia, a partir de Wikipedia.

Algún tipo de  “history board”, o simplemente una tabla en donde haremos una descripción de cada uno de los estados.

vide game state table 3
Fuente: Computing Game Design with Automata Theory

F es el conjunto de estados finales o de aceptación.   La matemática indica que  Q  es contenido eno es el mismo F.  Son aquellos que dan a un cambio de nivel dado un objetivo, cambios de nivel, modificación de la animación, éxito o fracaso, etc. Son marcados con un doble circulo.

G o la máquina del video juego autómata o función formal del autómata.

    G = (Q, Σ, δ, q0, F)

Retomemos el ejemplo con la máquina elemental del vídeo juego:

MAQUINA1
Maquina Menu – Juego. Elaboración propia.

En esta matemática le escribiríamos como:

  • Q = {1M, 2J},
  • Σ = {“”,”Esc”},   /Realmente son presiones de teclas
  • q0 = S1,
  • F = {S1}

La función  δ (Estados, Entradas) le podemos definir  mediante la siguiente tabla de transición:

                            Estados
Entradas

1M 2J
“” 1M 2J
“Esc” 2J 1M

¿Por qué es interesante el autómata desde el punto de vista matemático?

Si revisáramos autómatas mediante gráficos pasaríamos por alto la importancia del alfabeto Σ, como una serie de elementos encadenados, similar a una clave secreta; como la clave de una bóveda bancaria. Esto hizo de los autómatas maquinas ideales para  revelar códigos (criptografía), el trabajo inicial  del Sr.  Alan Turing. En la presente aplicación y como insistiré durante la entrada, solo al sortear el alfabeto Σ planteado por el vídeo juego lograremos el objetivo, meta o finalizarlo.

Máquina de estados denominada: máquina de Alan Turing.  Fuente Web

Resumiendo muy brevemente, la genialidad de Sr. Alan fue  ver más allá de los códigos y entender que el autómata podía resolver otro tipo de problemas.  Fue el Sr. Von Neumann quien refinó las ideas y preparo el camino para las computadoras como las conocemos.

Esquema de computadora desarrollado por Von Neumann. Fuente de la imagen Wikimedia.org

En el presente blog ARQUITECTURAS DE COMPUTADORAS PRIMITIVAS Y VÍDEO CONSOLAS + PERIFÉRICOS – Introducción a los temas: Repasaremos sin misticismo mercantil, ni animo de venta, las arquitecturas de computadores  y cómo todo aquello conectado al microprocesador es periférico al  mismo.

Visitar:

EL MINI-PACMAN EL AUTÓMATA – MATEMÁTICA APLICADA Y EXPLICADA

Gaming GIF - Find & Share on GIPHY

Este es PACMAN AUTOMATA. Primero vamos a partir desde la matemática  y para no extendernos retiraremos toda la estética (insisto en llamar a este método el análisis sin-estética del vídeo juego).

Es un ejemplo bastante más complejo,  tomen algo de su tiempo para verificarlo, por supuesto si encuentran un error les agradecería comentarlo.

G = P = {C0, C1, C2, C3}  R={Y1,Y2}

G es la máquina PACMAN que contiene como base un jugador P y un Rival R.

Para la máquina P definimos los estados: C0 estamos muertos, C1 es el estado normal, C2 cuando comemos una galleta de poder, C3 cuando saltamos al siguiente nivel.

para la máquina R definimos los estados: en el estado  Y1 el rival R es vulnerable a P; por el contrario  en estado Y2 el rival R puede vulnerar a P.  El rival es muy simple “tonto”,  se mueve de manera aleatoria.

Σ = {Δt,K, L} ∪ {1,0}

Nuestra máquina  atiende a 3 elementos en su alfabeto, Δt una base de tiempo,  K que es el número de galletas de poder que hemos consumido y L el número de vidas. Mientras que 1 y 0 nos servirán para controlar a R.

Nota importante : Estoy complicando mucho la idea del alfabeto para mantenerlo didáctico, ya que todos podrían ser simplemente 1 o 0.
Δt: 0 en 0 segundos segundo y 1 en tiempo 5 segundos;
K :1 si tenemos 5 galletas;
L : 0 si estamos muertos o  1 si estamos vivos

P0 =C1 ∪ R0 = Y1

 Los estados inicial para P será C1 y para R será Y1

Los estados finales F = {C0, C3}

En  la figura inferior muestra el diagrama que desarrollé para este ejemplo, tómense por favor unos segundos para revisarlo y entenderlo.

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El PACMAN AUTOMATA en diagrama de estados. Elaboración propia
  • Recuerden tenemos dos máquinas de estados P y R.
    • P es el jugador mueve a PACMAN de arriba para abajo con el stick o palanca.
      • En q0   asignamos L=3.
    • R es un rival que se mueve de manera aleatoria.
      • No pierde vidas en este juego.
  • Cuando R cruza con P entonces:
    • Pierde una vida L=L-1 pasa al estado [C0].
  • P recolecta una serie G elementos de la escena
    • Cuando P toma un G entonces:  
      • Pasa al estado [C2].
      • Envía a R un 1 y este pase a [Y2].
      • P puede atacar a R así que pasa a F1 durante un Δt=5 segundos.
      • Suma un punto G=G+1.
  • Cuando G>4 entonces:
    • Pasa a [L2] o gana la partida.

El PACMAN original, del señor Tōru Iwatani, implementa un conjunto  complejo de opciones,  las podemos estudiar en Mastering Pac-Man por Ken Unston.  Es evidente en el ejemplo pospuesto la ausencia de los  4 rivales R y una máquina un poco más compleja para ellos, tal vez sea  mejor ejemplo el gráfico inferior .

Máquina de estados del movimiento de los fantasmas en Pac-Man. Fuente de la imagen http://oddwiring.com

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 MÁQUINAS DE ESTADO EN VÍDEO JUEGOS

A forma de resumen, separé las máquinas de estados usadas en los vídeo juegos.

Vídeo juego autómata

Es la base de toda esta entrada  y del que intento convencerlos, como la mecánica o núcleo del vídeo juego.  Su misión es guiar y responder al vídeo jugador al cumplimiento de los objetivos y metas.

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video juego autoamta 1.jpg
Fuente: Computing Game Design with Automata Theory

Recordemos que una forma fácil de atender al  Σ Alfabeto es visualizarlo como un conjunto de ítems (elementos, rivales, jefes, nivel de poder, etc.)  en donde enlazaríamos un  conjunto de objetivos, al completarlos nos llevarán a un cambio de estado en la máquina (cambio de nivel, cambio de pantalla, puerta secreta, fin del juego, game over, etc.).

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Esquema lineal de objetivos en un vídeo juego. Fuente de la imagen: Game Engine Architecture por Jeason Gregory

Control de personajes no operados por el computador (NPC)

Es muy común, encontrarán para este un montón de ejemplos, generalmente  referenciado como la Inteligencia Artificial (IA). La máquina de estados contribuye en el movimiento de los rivales o compañeros, dividiendo cada una de las acciones de los NPC en diversos estados donde cada entrada  Σ es unida  al proceso de interacción con el usuario.

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Fuente de la imagen: Three States and a Plan: The A.I. of F.E.A.R. Jeff Orkin

Máquina de animación

sin ella el vídeo juego será tan arcaico como los de la Atari 2600.

Animación de personajes caminata. imagen https://opengameart.org/

En la gráfica inferior  encontraran una idea somera acerca de la máquina de animación simple en donde asociando a cada botón una acción o cuadros de animación, aclarando que en general son ofrecidos mayores opciones  al accionamiento de cada una de las entradas. Pede estar integrada al GAMEPLAY, pero su tarea es solo complementaria “evidenciar las acciones del avatar”.

MAQUINA2
Relación entrada – animación esquemática en estado. Elaboración propia

Este es un tipo de máquina de estados común y uno de los problemas principales  abordados al iniciar la programación de los vídeo juegos, sin embargo, en muchas ocasiones no tiene nada que ver con el acto lúdico.

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Animation Pipelin. Movimiento de la mallas de polígono en 3D para la animación de personajes y figuras. Fuente de la imagen: Game Engine Architecture por Jeason Gregory

En el software moderno es el “Animation Pipeline”, y al ser pipeline es un algoritmo lineal  (entrada-salida) no es una máquina de estados.  Puedo comentar que en el vídeo juego moderno es el resultado de   modificaciones de  huesos “virtuales” en las mallas de animación 3D ( en ingles skinned mesh animation). No abordaré mucho en estos temas modernos en el  blog  y tampoco es que me interese entrar en detalles a corto plazo,  entendiendo que ya muchos conocerán un poco del tema, de paso les invito a visitar los enlaces sugeridos.

Visitar: Skinned Mesh Animation Using Matrices

Máquina cinemática básica

 no tiene nada que ver con la acción lúdica y por el contrario es la que orienta al jugador a seguir el relato que impone su creador. Su objetivo es generar “metas volantes” (termino que proviene del ciclismo) en donde  obtendremos cinemáticas o abundante texto para la lectura. Como observarán el gran problema de estas máquinas son los lazos que re-alimentan cada nivel indicado y el jugador no pierde, retornando en un bucle sin fin.

SONYMATICA
Maquina cinemática Básica. Elaboración propia
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Esquema narrativo que resume el juego moderno propuesto por Phd. Oliver

En orden de dar al usuario un camino el vídeo juego contemporáneo plantea el GAMEPLAY  como un diagrama PERT (program  evaluation and review technique)  y en el peor de los casos orientado como un diagrama GRANT, o lo que realmente es correcto decir  un programa de tareas a completar ofrecidas al vídeo jugador en su visita a la  “experiencia”.

PERT-GRANT
Esquemas de programación de proyectos. Fuente Web.

A continuación muestro algunas fotos interesantes respecto al tema, con un juego en extremo promocionado en la mass-media.

Fuente de la imagen:  Guerrilla Games Reveals How they Created Non-Linear Quests in Horizon Zero Dawn

El punto interesante lo encontramos cuando verificamos el tema de las máquinaS de estado en vídeo juegos y al mismo tiempo el cómo intentan vender aquellos blockbuster con la falsa promesa de no-linealidad. Cuando no son más que cronogramas de visita, en lugar de verificar ideas complejas.

Visitar:

palomitaSi con suerte ha llegado a este punto y todavía no están convencidos sobre esta aplicación de las ciencias de la computación al vídeo juego. Le invito a encender su vídeo consola o  PC (ATX clónico), arrancar un aplicativo de vídeo juego y esperar a que inicie, de paso le invito a que considere:

SI Y SOLO SI, ve todo hasta el desenlace con presionar un solo botón o tecla, este arranca y termina entonces es una CINTA/PELÍCULA.

SI SOLO SI , no REALIZA NINGUNA ACCIÓN y requiere de su interacción, hace parte de las consideraciones de la presente entrada.

SI SE QUEDA ATASCADA., es posible que tenga que llamar a un técnico!! porque su PC o VÍDEO CONSOLA ESTA AVERIADA!!

VÍDEO JUEGO AUTÓMATA – CORTO RELATO

Exploremos rápidamente los tipos de vídeo juego autómatas mas comunes.  Lo que propongo como vídeo juego autómata clásico  es aquel en la cual el usuario puede y debe  morir, entrando a  un estado “game over” y no regresar, enviado al menú inevitablemente después de un número estricto de oportunidades (continue).

MAQUIN AUTOMATA VIDEO JUEGO 2
Vídeo juego autómata originario. Elaboración propia.

Es un autómata muy interesante, porque revela un pequeño detalle de la idea del vídeo juego autómata.  es simple, SI los desarrollamos con la ayuda de un motor de juego vídeo juegos no es una máquina por nivel,  PERO SI  lo desarrollamos con los motores prefabricados podemos hacerles similares a las diapositivas encadenadas (como el ms-powerpoint) .

Bajo la idea del motor de juego propio,  el ideal  será cargar un nivel sobre el autómata, en este caso les invito a tender  las siguientes consideraciones:

  1. El proceso de carga de un nivel al ser un algoritmo lineal no es como tal cambio de estado.
    • En este respecto, los lectores avanzados anotarán sobre la “serialización” de los objetos mediante archivos en formato texto XML, como una aplicación avanzada de la teoría de la computación.Visitar: Introducción la serialización XML.
  2. Cualquiera que sea el  tipo de software lúdico es una caja cerrada, no es un gran problema filosófico ni conceptual asumir que existe este autómata o algún sistema emergente, o simplemente asumir como un producto de la tecno-magia.

En este blog  EMERGENCIA EN VÍDEO JUEGOS, (o emergencia en narrativa y emergencia jugable)  me propuse a reconstruir el tema de la emergencia de sistema en vídeo juegos desde la Ciencia, Filosofía, Ingeniería y Técnica.

El Autómata de  “no muerte”,  desde las ideas de Etología de los Perro-pollo (TRICO): Azar, física, caos e IA en video juegos.

Las condiciones azarosas de física e inteligencias avanzadas IA, obviando los altos costos en pagos de las licencias de software en las librerías, han forjado la necesidad de enfatizar en acciones preestablecidas para construir una experiencia cinemática más apropiada a las grandes masas.”  

Este autómata es construido de tal manera que minimiza que el usuario pierda vidas o tenga que regresar al inicio, le permite adicional mente o no saltar entre cada uno de los niveles,  o en un bucle infinito en el mismo espacio de nivel.

MAQUIN AUTOMATA VIDEO JUEGO 3 QUE NO MUERE
Vídeo Juego Autómata “no-muerte”. Elaboración propia.

Como siempre me voy a arriesgar otro poco, si mezclamos esta idea con el Autómata Metroidvania, podríamos tener un autómata de regreso múltiple, en alguna parte un ítem activa una entrada, pero después de todo es sol un esquema LINEAL, si omitimos que dio vueltas por cada rincón del mapa,  nos veremos perdidos y tratando de buscar los puntos de   ingreso a un nuevo niveles.

maquina de regreso multiple.png
Vídeo juego autónoma  “Metroidvania”. Elaboración propia-

El autómata cinemático ideal basico o lo que es en esencia la máquina cinemática, o como me gusta llamarle la “Autómata SonyMática perfecta”. Es un limite interesante de las ideas del vídeo juego autómata. La máquina principal es la animación del avatar y el resto de la máquina avanza sin proponer mayor reparo al jugador, en el mejor de los casos ofrecen a sus usuarios: argumentos lacrimógenos, “de aquí pa allá”, azar y físicas no-balanceadas.

SONYMATICA
Autómata cinemático ideal básico. Elaboración propia

La última en aparecer el Autómata Sonymática+FPS-mática basico, que todos reconocerán ya que es muy familiar, máquina de surtir “ordas” de enemigos.

SONYMATICA COLDUTIESCA
Vídeo juego autómata  de ordas de enemigos en FPS básico. Elaboración propia.

Con esto termino la parte de divulgación de las ciencias  de la computación. Exploramos cosas muy sencillas a modo de introducción, y espero haya sido del agrado de algunos posibles interesados. Como entenderán   la ideas es observar  el vídeo juego como algo más que una experiencia etérea, superando la visión mercantil.  Pero, ahora debo hacer otro gran salto y es mostrarles la aplicación en matemáticas de la probabilidad y estadística de las máquinas  de estado, es esencialmente como se abordan estos temas a nivel académico.

CADENA DE MARKOV APLICADA AL VÍDEO JUEGO AUTÓMATA

Los siguientes son tópicos interesantes de variaciones de la matemática de maquinas y autómatas bajo el escrutinio de la matemática de probabilidad y estadística, que simplemente no pude evadir al revelar algunas reflexiones interesantes sobre el vídeo juego en su GAMEPLAY.

Intentare proponer dos opciones de aplicación de la cadena de Markov:

  1. Proponer la idea del LUDUS ESTOCASTICO a partir de  la ludología  de Gonzalo Frasca o  la idea del “triunfo o fracaso”
    • Les recuerdo que en este blog la neo-ludología es toda aquella ludología no constructivista.
    • Para ver un poco más de estas ideas del Sr. Phd. Gonzalo Frasca  pueden visitar LUDOLOGY MEETS NARRATOLOGY.
  2. Verificar la probabilidad de cambio de estado atendiendo consideraciones generales del GAMEPLAY.

Antes de abordar el núcleo de la elucubración, debo explicar de qué trata esto de la cadena de Markov:

 Cuando consideramos que realmente no sabemos en qué momento cambiará el jugador de estado: es posible hacer uso de la probabilidad de cambio de estado, convirtiendo nuestro autómata en una cadena de Markov, en donde en lugar de tener un Alfabeto Σ de entrada el cambio de estado mediante un valor medido de probabilidad de transición entre los estados.

Proceso Estocástico: En estadística  sirve para usar magnitudes aleatorias que varían con el tiempo o para caracterizar una sucesión de variables aleatorias (estocásticas) que evolucionan en función de otra variable, en el tiempo. El juego estocástico, introducido por Lloyd Shapley a principios de 1950 incorporó el proceso estocástico en la TEORÍA DE JUEGOS.

INTRODUCCIÓN AL LUDUS ESTOCÁSTICO

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Ahora bien podemos iniciar en el tema me temo debo abusar un poco de la neo-ludología del Sr Gonzalo Frasca o la filosofía del triunfo y fracaso.

Wikipedia.

Una cadena de Markov de 2 estados nos indicaría solo dos posibilidades:  E  estado de ÉXITO y A  estado de NO-ÉXITO.   Es posible siempre estar en un estado “E-ÉXITO” o en un estado de “A-NoExito” , tanto como es posible pasar del “E-Éxito” al “A-NoExito”, viceversa, en un vídeo juego ideal.  “ideal” o en otras palabras uno al cual me interesaría dedicarle tiempo, porque tiene bases como una idea “ludológica” aplicada la vida real.

 

Consideración 1: Seria un tanto inapropiado considerar un estado denominado de  “FRACASO”, refiriéndonos a que  somos unos fracasados con una probabilidad dada. No es posible un retorno, reinicio, re-intento, etc. Solo por esta simple consideración practica y positiva no pude llamarlo estado de FRACASO.

Consideración 2: Aunque consideré un tercer estado, en donde no tenemos éxito ni fracaso. Similar a un estado de GAMEPLAY NEUTRO por ejemplo, el usuario no se mueve. Este tercer estado es estático, el jugador no arriesga (no-ludopatía, no-lúdico), por consiguiente el estado estará 100% enlazado así mismo o con una probabilidad completamente incierta. Premisas que me llevaron a pensar que no tiene mucho sentido como un  estado aplicado a vídeo juego en la vida real.

Es un elemento de dos componentes, pero bien puede representar da la máquina de estados el vídeo juego  o una simplificación de la misma.  En los vídeo juegos en la vida real  no se acostumbra a proponer cambios drásticos en las mecánicas; En parte por  facilitar el transito del usuario, tiempos de desarrollo, depuración, corrección de errores,  limitaciones tecnológicas, etc.

Apartado matemático minimalista, pero interesante:

La gráfica extraída  de Wikipedia servirá de ejemplo numérico.

  • La probabilidad de ir de E a A es EA= 0.7
  • La probabilidad de mantenerse en EE=0,3 y quiere decir que  EE = 1- EA=1-0,7=0.3

Estos números podremos representarlos en algo llamado matriz de estados, pero lo importante de Markov es que indicó en su matemática que es posible determinar el “estado estacionario” o en otras palabras el estado final en el cual estará la cadena después de varias iteraciones.

video juego mtariz de estados.png
Matriz de estado ejemplo. Elaboración Propia

Matemáticamente no es complicado,  es la aplicación de multiplicación de las matrices, así que para obtener el resultado de cómo comportarán las probabilidades  Solo vasta proponer un estado conocido de A y E, multiplicar sucesivamente este con el  resultado anterior hasta observa que la respuesta no varíe. El vector final es estable y muestra el estado final del sistema esta matemática.

El ejemplo en la gráfica superior, si sabemos que el jugador gana en la primera partida.video juego maquina estado estacionario.png

Podemos establecer que a futuro el vídeo jugador perderá el 63% y ganará el 36% de la veces (con todos los dígitos 0.63..+0.36..= 1 en esta matemática).

Dejo el documento EXCEL por si les interesa: tesoro del saber retro video juego automata.xlsx

LUDUS ESTOCASTICO APLICADO

El LUDUS ESTOCASTICO o   Cadena de Markov aplicada al vídeo juego autómata nos obliga explorar algunas ideas con el fin de verificar la probabilidad de cambio de estado. La idea  clave es evitar pesar en el LUDUS ESTOCÁSTICO como la  probabilidad de caminar libremente por un escenario o pantalla, en cualquier dirección o sin rumbo.  Nos obliga a  orientar la solución de Markov a un camino,  una solución,  en donde el usuario debe seguir la ruta trazada del GAMEPLAY, es decir cumplir el alfabeto ∑ pasando entre estados y llegando aun estado  Final o de triunfo.

Nota: Aun cuando bien podría quedarse dando vueltas sin sentido sin interactuar con ninguno de los elementos, en tal caso nos llevaría inevitablemente a dudar  en su  uso racional del software.

Ejemplo de cinco simulaciones de paseo aleatorio en 2 dimensiones. Fuente de la imagen Wikipedia

Lo dejaremos: SI Y SOLO SI, el usuario del software atiende el Gamplay; y SI Y SOLO SI se considera el vídeo juego como un autómata. y SI Y SOLO SI el usuario o vídeo jugador desea llegar al estado de ÉXITO.

En este apartado deseo iniciar con  la explicación practica y luego intentar una  complicada.

EXPLICACIÓN PRACTICA –  METÁFORA DEL CASILLERO

Vamos a ver si puedo explicarlo de manera sencilla. Les invito a imaginar que una pantalla o nivel en un  vídeo juego imageconvencional como  si fuese un CASILLERO:

  1. Cada vez que abrimos un compartimiento encontraremos un rival, ítem o agujero.
  2. La probabilidad es el número de ítem sobre el número de cuadros.
  3. Como entenderán el rival o un agujero nos eliminará y por el contrario  el ítem o conjunto de items nos darán la posibilidad de continuar a otro nivel o a un nuevo casillero.
    • Por tanto, los  rivales afectan nuestra probabilidad de NO-exito.
  4. No es un gran problema filosófico ni matemático usar esta analogía, aun si apreciamos que en la mayoría de los casos estos elementos están a nuestra vista.
    • En un vídeo juego  moderno mal denominado “mundo abierto”, solo en ciertas regiones  encontraremos recados o encargos (ítem) y el número de estos en menor densidad para justificar tener que ir de lado a lado.

EXPLICACIÓN COMPLICADA – CAMINOS AL EXITO

La idea es que existe un camino al Éxito o triunfo, podemos encontrar que existen caminos paralelos o serie, depende de como se organicen la recolección de los items o los rivales. Recolectar items, llaves y/o derrotar enemigos la base en las mecánicas del vídeo juego.

Cuando solo se pueden recoger un conjunto de ítems o rivales que nos lleven a un nuevo estado solo en un  orden especifico, cuando esparcidos en el mapa M un conjunto de elementos M=IxJ  podríamos proponer E = N/M  por tanto A=1-E.

  • Cuando solo se puedan recoger items o derrotar al rival en un n orden especifico, propondría que la probabilidad seria posiblemente:      E = 1/M*1/(M-1)….1/(M-N).
  • En el caso de los rivales y agujeros,   mi imaginación desborda al estudio de las cadenas de fiabilidad.
    En Serie Pserie= PA*PB*PC*PD……
    Pparalelo= 1-QA*QB*QC*QD……serie paralelo

IMPLICACIONES DEL LUDUS ESTOCÁSTICO

El LUDUS ESTOCÁSTICO   nos permite verificar cosas extrañas del mundo del vídeo juego comparado con la vida real, claro, si son los suficientemente reflexivos:

  1. En un ejemplo como el Mario Bross los NPC Rivales no atacan y por el contrario son solo obstáculos,  consideremos estos como pobres rivales inocentes.
  2. Por otro lado, en muchos Beat ‘em up los rivales son llevados a atacarnos,  similar a muchos juegos modernos de tipo FPS (mecánica de las ordas).
  3. Lo mismo acontece con los rivales  en el vídeo juego moderno no existen y observamos una mecánica de atacar por atacar,  encontraran extrañamente interesante que muchas veces estas “ordas” llegan al azar como pollos sin cabeza.
  4. En los agujeros,  en uno de los casos mas extremo del software lúdico  el mecanismo de animación de nuestro avatar asegura que el simple acto de saltar a un barranco sea lo suficientemente procedimental para que no perdamos una vida, como en el caso del Prince of Persia de 2008.

Por ultimo, aun cuando distraídamente apeláramos a alguna idea subjetiva que el éxito o no-éxito es algo que depende de por ejemplo la “experiencia del jugador”. Indicaría que no existe incompatibilidad, ya esta solventado. La cadena de Markov  puede ser usada bajo una base de tiempo, como es atendido en la ingeniería de la fiabilidad y mantenimiento que describí en la entrada: Cuando las vídeo consolas fallan – tasa de falla, vida útil, fiabilidad y calidad.

 Nota: En lugar de hacer uso de una probabilidad tan estricta, podemos hacer uso de una “Taza de éxito” y “Taza No-exito”, asumiendo por ejemplo un periodo de tiempo de 1 hora  como exigencia mínima para el éxito o no-éxito, para la evaluación del uso o abuso del  “producto experiencia”. Esto mediante la selección  de una  “población” limitada”, mejor decir a un pequeño número de personas que atiendan al experimento o “muestra”.

Todas los valores pueden ser resultados de  recolectados en tiempo real y compartidas en linea a un servidor central. En parte es lo que se utiliza para manipular ciertos procedimientos de azar en el vídeo juego multi-jugador contemporáneo (cajas de botín, eventos especiales,  etc).

En este blog VÍDEO JUEGOS DETERMINISMO Y AZAR: Introducción a los temas. Abordé determinismo físico,  probabilidad, generación de números aleatorios y Ludus Estocastico en cajas de botín.

Para terminar deseo resumir lo que considero personalmente la enseñanza de la cadena Markov al vídeo juego:

  1. Cuando ocultamos adrede la probabilidad de éxito ante el vídeo jugador,  el vídeo juego puede perfectamente aparentar no-linealidad (juegos de mundos abiertos), por el contrario si intencionalmente mostramos es posible tener éxito el juego aparentará ser  lineal (FPS y los Sonymaticos).
  2. Al aumentar la probabilidad de “Éxito”  el juego es considerado CASUAL, pero muchas de las “experiencias” consideradas como “Hard-core” modernas son del tipo máquina cinemática (SONY-mática o FPS-Mática), como recordarán anoté su objetivo no es generar mayor obstáculo a sus consumidores, esto me temo deberé retomarlo en un futuro no muy lejano.

Visitar:

EL VÍDEO JUEGO COMO AUTÓMATA INVOLUCIONA

ruleamericaan
Fuente de la imagen Youtube.

Aun cuando pudiésemos pensar que mi postura sobre las experiencias “FPS+SONYMATICAS PERTECTAS” es negativa, he escrito en varias ocasiones que  es solo una desviación temporal en la evolución del vídeo juego, o en eso albergo toda esperanza. En este apartado le dedico a exponer un escenario en donde esta visión de un vídeo juego como  autómata ha INVOLUCIONADO a una forma viejo de autómata mecánico,  o tal vez a formas de máquinas de azar.

Es en  multi-jugador moderno perfecto: el escenario no evoluciona ni el avatar (obviando los odiosos DLC ), ni se ofrecen  IA para los NPC (rivales, compañeros u obstáculos). Lo que los hacer realmente especiales es que estos vídeo juegos no ofrecen más allá de  interfaces de entrada, caracteres vistosos (sexualizados),  servicios por suscripción, mecánicas ludopatícas con el  avance de niveles mediante la  compra o  azar, en donde encontramos todo tipo de tácticas que son propias de los casinos,  con  otro largo etcétera de otras ideas odiosas.

Fuente de la Imagen: Youtube.

En lo que solo es una opinión personal, Si, tenemos mala suerte  a este paso el vídeo juego cada día parecerá más a: un fútbol de mesa, una rueda de la fortuna y/o una película SonyMatica. Pero, no es para lamentarse, siempre podremos disfrutar de otras opciones del pasado, presente y en el futuro ;).

CONCLUSIONES Y DIVAGACIONES FINALES

Fuente de la imagen http://www.opticaltoys.com/

 

 

Una queja frecuente, y descarada, es la ausencia de herramientas subjetivas para el análisis de vídeo juegos, les invito a pensar que con perspectivas matemáticas y otras aplicaciones como este extraño ejemplo del  VIDEO JUEGO AUTOMATA, podemos sin duda ofrecer  un sin número de herramientas basados en ideas objetivos por tanto  sin-estética, o sin interés en la estética.

Toda esta entrada como visión de diseño de vídeo juegos no es una idea descabellada, bases para el “diseño” de GAMEPLAY, dado que es una herramienta bastante vieja y con un uso documentado.

Mi conclusión favorita es que  a pesar de esta larga exposición no albergo ninguna esperanza en reducir la naturaleza supersticiosa del marketing de vídeo juegos basados en “producto-experiencia”, o convencer a algunos pocos consumidores de juegos multi-jugadores a exigir del mercado mejores “producto-experiencia” para sí mismos.

VÍDEO JUEGO AUTÓMATA

  • En VÍDEO JUEGO AUTÓMATA rescaté los viejos estudios matemáticos en la ciencia de la computación, autómata programables y máquina de estados, les propusé como un medio para entender el vídeo juego.
  • En el LENGUAJE DEL GAMEPLAY   Temas avanzados del vídeo juego autómata mediante la aplicación de las ideas de Chomsky del lenguajes autónomos, igualmente separe el lenguaje de entrada y el de salida. Con dos ejemplos un poco extremos desarrolle un análisis de dos tipos de lenguajes de entrada el COMBO del árcade Killer Instinc y un juego Cinemático avalado por la critica el LAST OF US.
  • En   VIDEOGAME EXPERIENCE Y EL EXPERIENCIALISMO DEL VÍDEO JUEGO abordé dilema del EXPERIENCIALISMO en el estudio del lenguaje y como se relaciona con el producto-experiencial  (producto-experiencia). En contraste a estas ideas  propuse que la HABILIDAD es el equilibrio entre HOMBRE MAQUINA
  • MÁQUINA CINEMÁTICA, NARRACIÓN AUTÓMATA Y MÁQUINAS DE NARRACIÓN INTERACTIVAS   El cómo interpretaban las aventuras conversacionales y gráficas el lenguaje humano. Seguiremos con los viejos discos plásticos LASER DISC y CD-ROM medios de  los primeros filmes interactivos y como Façade. 

 META-LUDOLOGIA

La serie meta-ludología pretendo abordar varios temas:

  • En EL MAGACÍN DE VÍDEO JUEGOS me di a la tarea de revisar la historia y los objetivos en los Revistas de papel electrónica, como alternativa ontológica a entender el rol del periodismo o el nuevo meta-mercado.
  •   EMERGENCIA EN VÍDEO JUEGOS, (o emergencia en narrativa y emergencia jugable) aturdido por el exceso de superchería del tema, me propuse a reconstruir el tema de la emergencia de sistema en vídeo juegos desde la Ciencia, Filosofía, Ingeniería y Técnica.

 

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