キャラクターAIを作ってみよう

今日の目標

今日の体験実習では、２Ｄボンバーマン風ゲームのキャラクターAIのプログラムを作りながら、C++によるゲーム開発の実際の雰囲気を体験してほしいと思います。

• 開発環境
  • Windows11
  • Visual Studio 2022
• プログラミング言語
  • C++
• 使用ライブラリ
  • DxLib

C++によるプログラム開発の流れ

1. Build → ソースをビルドして実行
2. Edit → 指定の行番号の定義を『書き換え』
3. Test → 動作を確認し、発見・改善

POINT: 小さな変更を加え、すぐにビルド＆実行。これを繰り返すのが開発サイクル！

ゲームAIの種類

1. キャラクターAI
   • キャラクターAIは文字通り、NPCを動かすために利用される
   • 格闘ゲームの敵キャラクターや、RPGで主人公を支援する仲間の動作を決める
2. メタAI
   • ゲーム進行を補助する
   • 一定の条件を満たしたらイベントを開始
   • ステージに応じて敵やアイテムの配置を変更したりと、ゲーム画面の裏で色々な処理を行う
3. ナビゲーションAI
   • キャラクターAIやメタAIに対し、各種情報を提供して動作をサポートする
   • 敵キャラクターに主人公の位置や進行方向、障害物に関する情報を与える
   • この仕組みがないと、キャラクターAIは正確な動作を行えない

その１．キャラクターを選ぼう

ゲームに登場するキャラクターは、その種類によっていろいろなパラメータを持っています。
プログラミング内でそれらを表現するときは、すべて数値や文字などの値として表現します。
これらのゲーム中で利用する値に名前をつけたものを「変数」と呼びます。

変数の例：

• プレイヤーキャラ（Player)
  • 位置 (Position)
  • 移動速度 (Speed)
  • ジャンプ力 (JumpPower)
  • 攻撃力 (AttackPower)
  • 所持アイテム ( Items)
  • プレイヤーの画像 (PlayerImage)
  • ・・・

体験用プログラムでも同様に、敵キャラクターをEnemyという変数で表しています。
Enemyはその中に更に細かい設定用のパラメータ（変数を持っています）。
その中の、表示画像を表す変数を変更してみましょう。

Enemyの表示画像の変更

行番号：74 行目を見て書き換え

42  if (isGraphic) {
 43      //#01 敵の画像を選択する！  
 44      std::string enemyImage = GetEnemyImage(KABOCHA);
 45      enemyImage_ = LoadGraph(enemyImage.c_str());
 46  }

• やること：行74 の KABOCHA を OTAKU / NEKO / OBAKE に変更
• 学ぶ：変数と配列アクセス（enum→配列インデックス）

その２．初期出現位置を変更してみよう

初期出現位置の設定

初期位置をステージの右下に設定してみよう！
キャラクターは、座標系に設置されます。（座標も変数で表すよ！）
2Dならxy平面、3Dならxyz空間に(10,20)とか(40,50,1)のように設定されます。

座標は、x座標とy座標の値を持っています。
初期位置は、ちょっとした計算によって以下のように設定されています。

• 実際のx座標　＝　ｘ方向に何マス目？　✕　キャラ幅
• 実際のy座標　＝　ｙ方向に何マス目？　✕　キャラ高さ
  • （一番左は０マス目って数えることに注意！）

x,ｙ方向に何マス目は２６行目辺りで設定されているよ！

書き換えてみよう

行番号：26 行目を見て書き換え

24  //#02 敵の初期出現位置を変更してみよう
 25  //ステージの右下に設定するには？
 26  const Pointf INIT_POS{ 5, 5 };  // #02
 
 //２６行目を書き換えると、６６行目の計算に反映される
 66  pos_ = { INIT_POS.x * CHA_WIDTH, INIT_POS.y * CHA_HEIGHT };

• やること：行26 の 5, 5 を 書き換える
  • ステージの大きさは、どんな変数で表されているかな？（STAGE_WIDTH, STAGE_HEIGHT）
  • 一番外側は壁だから、計算すると。。。
• 学ぶこと：定数、算術演算（掛け算）、座標→ピクセル変換

その３．初期進行方向を変更してみよう

次の目標

次の目標として、ステージの右下から、ステージの左端まで移動させたい
Enemy飲む気はどのように決められているのか見てみよう。（どうせ方向も変数なんでしょ！）

方向を表す変数

初期方向はINIT_DIRという変数に設定されています。

• やること：行30 の UP を変更して、左向きにする
• 学ぶこと：if 文による条件分岐

その４．速度を与えて動かそう

ゲームの移動処理の基本

ゲームのキャラクタは、方向を示すベクトルと、スピード、移動時間（フレーム間時間）で、次のフレームの位置を計算します。
これは、小学生の時に習った、

$\text{移動距離} = \text{速度} \times \text{時間}$

の式に方向がついたものを使います。って言っても、

移動に、方向が加わるだけであとは小学校で習ったのと一緒です。
上の図でいうと、
AからBに１フレームで距離１６移動している
スピードは？
下の図のようにx軸方向、ｙ軸方向にはどのぐらい移動してるかな？
みたいな話です。

ゲームのフレーム（画面更新）の仕組み

ゲームは1秒間に何回画面を更新している？
一般的には 60FPS (Frame Per Second) が標準です。FPSとは「1秒あたりのフレーム数」を表し、フレームとは「画面を1回描き直すこと」です。

• フレーム更新の流れ
  1. キーボードやゲームパッドからの入力を取得
  2. ゲーム内のキャラクターや敵などの状態を計算（移動や当たり判定）
  3. 画面に描画する（スプライトや3DモデルをGPUへ指示）
  4. GPUがフレームバッファに描いた結果をディスプレイに表示
• ΔTime（デルタタイム）
  フレーム間の時間差（秒）を取得し、移動距離やアニメーションを滑らかにします。
  例：1秒間に60回更新するなら、ΔTime = 1/60 ≒ 0.0167秒。
• なぜ60FPS？
  • 人間の目がスムーズに映像と認識するには、30FPS以上あればOKですが、60FPSにするとより滑らかに感じられます。
  • ハードウェアやゲームの快適さを考慮したバランスです。

方向とフレーム間時間を考慮した移動処理

１フレームごとにこんな感じに、計算していきます。

速度の変数を変更する

向きが決まったら、その方向にEnemyを進めてみよう。
現在は、（わざとらしく）スピード設定が０になっている。

行番号：16 行目を見て書き換え

14  //#04 敵の移動速度を変更してみよう
 15  //ちょうどよい速さはどのぐらいかな？
 16  const float SPEED = 0.0f;  // #04

• やること：行16 の 0.0f を変更する
• 学ぶこと：フレームの原理、時間差分（ΔTime）による移動量計算

その５．キャラクターAI（移動処理の追加）

移動パターンを考える

ゲームのキャラクタは、ゲーム内で得た情報を使っていろいろな情報を使って、その場面場面に適した動きを切り替えます（状態遷移）これらを自動的に行うのがAIの仕事になります。

• 状態管理：enemyState_ による生存／死亡フェーズ切替
• 判定ロジック：isHitWa``ll() や isHitPlayer() で環境を認識
• 行動関数：TurnRight(), ChasePlayer() など“何をするか”を切り出し
• 更新サイクル：UpdateEnemyAlive() → 移動 or ターン → アニメーション更新

簡単な移動のパターンを考えてみよう

• 往復運動
• 外周を回る
• ランダムに動く

現在のEnemyは、プレイヤーの情報などを知る手段がないので、自分ができる範囲（自分の位置、ステージの情報）を使ってできる移動はこのような感じになると思います。

往復運動

Enemyは、移動していて外周にあたった、という情報のみを知ることができます。
isHitWall()が
　true(真）のとき ：壁にぶつかった
　false(偽）のとき：ぶつかってない

前に出てきた条件分岐の処理を応用することで、往復運動を実現できます。

1. 移動方向 forward_ を持ち、その方向に毎フレーム進む
2. 壁判定：isHitWall() が true になると「壁に当たった」と認識
3. 反転（180度ターン）：現在の方向を逆向きに変更
4. 継続移動：逆向きのまま動き続け、再び壁に当たるまで直進

つまり、右に進んで壁にぶつかったら左に進み、左の壁にぶつかったらまた右に進む、をくり返すことで往復運動を実現します。

反転の処理

行番号：206行目を見て書き換え

// #05 方向転換ロジック
void Enemy::Trurn180()
{
	if (forward_ == UP)
		forward_ = NONE;
	else if (forward_ == LEFT)
		forward_ = NONE;
	else if (forward_ == DOWN)
		forward_ = NONE;
	else if (forward_ == RIGHT)
		forward_ = NONE;

}

• やること：206–217 行目の NONE に反転方向を書く！
• 学ぶ：関数定義、if-else による分岐ロジック

行番号：53 行目を見て有効化

51  //#06 敵の進行方向を変える関数を実装しよう
 52  // 外周を回ってみよう！壁に当たったら方向転換。
 53  if (isHitWall_) { TurnRight(); }  // #06

• やること：コメントアウトされている場合は外し、壁判定後に Turn180() が呼ばれるようにしよう
• 学ぶ：ループ内判定、AI の行動サイクル（判定→行動→移動）

応用

同様に、TurnLeftかTurnRightを使って、外周を回り続けるには？