1. Universität zu Köln. Historisch-Kulturwissenschaftliche Informationsverarbeitung
Jan G. Wieners // jan.wieners@uni-koeln.de
Basisinformationstechnologie II
Sommersemester 2013
26. Juni 2013 – Digitale Spiele und künstliche Intelligenz (ein kleiner Überblick)

2. …

3. Spiel

4. „Der Form nach betrachtet, kann man das Spiel also
zusammenfassend eine freie Handlung nennen, die als
„nicht so gemeint“ und außerhalb des gewöhnlichen
Lebens stehend empfunden wird und trotzdem den
Spieler völlig in Beschlag nehmen kann, an die kein
materielles Interesse geknüpft ist und mit der kein
Nutzen erworben wird, die sich innerhalb einer eigens
bestimmten Zeit und eines eigens bestimmten Raums
vollzieht, die nach bestimmten Regeln ordnungsgemäß
verläuft und Gemeinschaftsverbände ins Leben ruft,
die ihrerseits sich gern mit einem Geheimnis umgeben
oder durch Verkleidung als anders von der
gewöhnlichen Welt abheben.“
Huizinga: „Homo Ludens“ (1938)

5. „Der Form nach betrachtet, kann man das Spiel also
zusammenfassend eine freie Handlung nennen, die als
„nicht so gemeint“ und außerhalb des gewöhnlichen
Lebens stehend empfunden wird und trotzdem den
Spieler völlig in Beschlag nehmen kann, an die kein
materielles Interesse geknüpft ist und mit der kein
Nutzen erworben wird, die sich innerhalb einer eigens
bestimmten Zeit und eines eigens bestimmten Raums
vollzieht, die nach bestimmten Regeln ordnungsgemäß
verläuft und Gemeinschaftsverbände ins Leben ruft,
die ihrerseits sich gern mit einem Geheimnis umgeben
oder durch Verkleidung als anders von der
gewöhnlichen 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, Verkleidung
Kongruiert diese Definition mit
unserem intuitiv verwendeten
Spielbegriff?

6. Auf dem Weg zu einer Arbeitsdefinition:
 Huizinga
 Caillois
 Suits
 Avedon und Sutton-Smith
 Crawford
 Kelley
 Salen und Zimmerman
Juul: „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 exerts
effort in order to influence the outcome, the player feels emotionally
attached to the outcome, and the consequences of the activity are
negotiable.“

7. Juul: Sechs Eigenschaften von Spiel bzw. Spielen
1. 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 der
Spieler eingehen können.
3. Differierende Qualität der Spielergebnisse [Valorization of
Outcome]: Manche der möglichen Spielergebnisse sind besser,
manche schlechter als andere, d.h. das Spielergebnis ist
charakterisiert durch eine Wertigkeit (i.e. die Auszahlung des
Spieles).
Juul: „Classic Game Model“

8. Juul: Sechs Eigenschaften von Spiel bzw. Spielen
4. Spieler / Spielerinnen bemühen sich um das Spielergebnis
[Player effort; „Games are challenging“]: Spiele stellen eine
Anforderung an Spielerinnen und Spieler.
5. Der Spieler / die Spielerin steht in einem emotionalen Verhältnis
zum Spielergebnis [Player attached to outcome]: Gewinner =>
glücklich, Verlier => unglücklich
6. Das Spiel hat keine unmittelbaren Konsequenzen auf das Leben
des Spielers / der Spielerin [negotiable consequences]; die
Verknüpfung des Spiels mit Konsequenzen ist optional: Das Spiel ist
sich zunächst Selbstzweck.
+ Systemischer Aspekt [Salen und Zimmerman 2004]: „A game is a
system in which players engage in an artificial conflict, defined by rules,
that result in a quantifiable outcome.“
Juul: „Classic Game Model“

9. Fokussierungsweisen
 Das Spiel als formales System: Regeln, Spielergebnis, Spielziele
und -ergebnisse,
 Das Verhältnis der Spielerinnen und Spieler zum Spiel: Spieler
bemühen sich um das Spielergebnis, emotionales Verhältnis zum
Spiel, keine unmittelbaren Konsequenzen auf das Leben der Spieler
Juul: „Classic Game Model“

11. „Theory of Games and Economic Behavior“ (1944)
 Spiel („game“): Gesamtheit der Regeln, die das
Spiel beschreiben
 Spielpartie („play“): Vorgang, in dem das Spiel
gespielt wird
 Spielzug („move“)
 Zugwahl („choice“)
 Spielregeln determinieren, welche Spielsymbole
zu welchem Spielzeitpunkt auf welche Art und
Weise bewegt werden dürfen
Spieltheorie nach von Neumann und Morgenstern

12. 
Spieltheorie nach von Neumann und Morgenstern

13. Grundfragen:
 Handeln und Agieren
 Anzahl der Spielerinnen und Spieler
 Kommunikation
 Rationalität
 Wiederholung
Spieltheorie nach von Neumann und Morgenstern

14. KI
als Entscheidungsfindung

16. Koch
Köchin
Köchin: 50 Euro
Koch: 50 Euro
Köchin: 0 Euro
Koch: 100 Euro
Köchin: 100 Euro
Koch: 0 Euro
Köchin: 20 Euro
Koch: 20 Euro

Auszahlungsmatrix des Spieles
Wie würden Sie sich am Ende des Wettbewerbes
entscheiden?

17. Das Gefangenendilemma
Spieler 2
Spieler 1
3,3 7,0
0,7 5,5
Übung: Spielen Sie das Gefangenendilemma mit
Ihrem Sitznachbarn / Ihrer –Nachbarin. Wer gewinnt
das Spiel? Und warum?
Worin bestünde eine sinnvolle Handlung? Worin
besteht das namensgebende Dilemma des Spieles?

18. Das iterierte Gefangenendilemma
Spieler 2
Spieler 1
3,3 7,0
0,7 5,5
Würden die Spieler anders entscheiden, wenn das
Spiel nicht nur einmal, sondern wiederholt, d.h. in
mehreren Runden gespielt würde?
Übung: Spielen Sie das wiederholte
Gefangenendilemma mit Ihrem Sitznachbarn / Ihrer –
Nachbarin über zehn Runden. Wer gewinnt? Lässt
sich eine erfolgreiche Langzeitstrategie identifizieren?

19. 
Langzeitstrategien – Beispiele

20. 
Langzeitstrategien – Beispiele

21. Ein Nullsummenspiel: „Matching Pennies“
Spieler 2
Spieler 1
+1 -1
-1 +1
Übung: Spielen Sie das „Matching Pennies“ Spiel
über mehrere Spielrunden mit Ihrem Nachbarn.
Welche Langzeitstrategie bietet sich in dem Spiel an,
um möglichst erfolgreich zu spielen?

22. Sequentielle Entscheidungen: Spielbäume (Extensivform)

23. Perfekte Entscheidungen
durch Suchen

25. Tic Tac Toe
Juul, Jesper: „255,168 ways of playing Tic Tac Toe”
http://www.jesperjuul.net/ludologist/255168-ways-of-playing-tic-tac-toe

26. …ein wenig abstrakter…
3 12 8 2 4 6 14 5 2

27. Der Minimax-Algorithmus
3 12 8 2 4 6 14 5 2
MAX
MIN 3 2 2
3
min(3,12,8)=3
min(2,4,6)=2
max(3,2,2)=3
min(14,5,2)=2

29. Menschliches Denken Rationales Denken
„[Die Automatisierung von]
Aktivitäten, die wir dem
menschlichen Denken
zuordnen, Aktivitäten wie
beispielsweise
Entscheidungsfindung,
Problemlösung, Lernen..“
(Bellman, 1978)
„Die Studie mentaler
Fähigkeiten durch die
Nutzung
programmiertechnischer
Modelle.“
(Charniak und
McDermott,1985)
Menschliches Handeln Rationales Handeln
„Das Studium des
Problems, Computer dazu
zu bringen, Dinge zu tun,
bei denen ihnen
momentan der Mensch
noch überlegen ist.“
(Rich und Knight, 1991)
„Computerintelligenz ist die
Studie des Entwurfs
intelligenter Agenten.“
(Poole et al., 1998)
Fokussierungsweisen von KI nach Russell / Norvig

30. Digitale Spiele: Computer-
und Videogames

32. Spiel I

36.  Game Engine (der Motor im Hintergrund der Games)
 Kapselt Funktionalität:
 Grafik-Engine (Rendering & Co., z.B. OGRE)
 Sound
 Spielphysik
 Spielsteuerung
 Netzwerkanbindung
 Reaktion auf Eingaben
Game Engines

37. Wiederverwendbarkeit?
Game engines
[Gregory, J: Game Engine Architecture. 2009]

38. Most two- and three-dimensional video games: „soft
real-time interactive agent-based computer
simulations“ [Gregory, J: Game engine Architecture. 2009]
 Agentenbasiert: „Ein Agent ist ein System, das sich in
einer Umgebung befindet und dazu fähig ist, selbstständig
und eigenverantwortlich Handlungen zu vollziehen, um
individuell relevante Ziele zu verfolgen und zu erreichen.
Seine Umgebung nimmt der Agent wahr über Sensoren;
Handlungen in der Umgebung des Agenten vollziehen sich
durch Aktuatoren.“
Video Games

39. Forschungsfragen, eine Auswahl
1. (Lassen sich Spiele in einem dedizierten Format (z.B.
XML-basiert) vollständig beschreiben, so dass ein
Spieleinterpreter (Software) das Spiel spielen kann?)
2. Wie lassen sich glaubhaft agierende Bots / Agenten
implementieren?
3. Wie konstituieren sich perfekte Entscheidungen in
klassischen-, Computer- und Videospielen?
4. … ∞
Kontext Digitale Spiele

40. Ein Ansatz: Domain-specific entertainment
languages. U.a.:
 Game Description Language (GDL)
 Zillions of Games
 Ludi Game Description Language
 UnrealScript
 GameXML
Spiele beschreiben

41. Game Description Language
(Stanford Logic Group): Prolog-ähnliche Syntax (datalog), fokussiert auf “General Game
Playing”
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

42. 2013 General Game Playing Competition:
http://games.stanford.edu/
GDL Competition

43. Agent
 Wegfindung
 Dijkstra
 A*
 Entscheidungsfindung
 Zustandsautomaten
 Verhaltensbäume
 Fuzzy Logic
 Markov Systeme
 Lernen
 Bestärkendes Lernen
 Künstliche Neuronale Netze
 Schwarmintelligenz
Agentenbasierte Modellierung
(Anforderungen, u.a.):

44. Spiel I
Agent „Mario“
Agent „Fleischfressende Pflanze“
Agent „Pilz“ Agent „Pilz“
Agent „Schildkröt
Agent „Wolke“
Agent „Münze“?
Agent „Münze“?

45. Agent „Kleiner Junge“
Agent „Fiese Möpp“
Agent „Fiese Möpp“

46. Agenten?

47. Uninformierte Suche: Wegfindung
In Aktion („Command and Conquer“, HTML5):
http://www.adityaravishankar.com/projects/games/pathfinding-javascript-rts-demo/

48. Ein Beispiel:
Wiederverwendbares Verhalten(vgl. Prof. Thaller: „Re-usable Content in 3D und Simulationssystemen”, www.hki.uni-
koeln.de/display_course/232)

57. Welches Verfahren lässt sich dem
Roboter / Agenten einpflanzen,
damit er definitiv sein Ziel erreicht
– und sich nicht verrennt?

58.  Prämisse: Alle Ecken sind rechtwinklig
 Somit kommen nur Rechtsdrehungen und Linksdrehungen
um 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 bei
der ersten Rechtsdrehung, die nach dem Auftreffen auf eine
Wand ausgeführt wird).
 Zu Beginn wird dieser Umdrehungszähler auf null gesetzt
 Anschließend werden die beiden Anweisungen
 geradeaus, bis Wand erreicht
 Folge der Wand, bis Umdrehungszähler = 0
solange wiederholt, bis wir ins Freie gelangen
Pledge-Algorithmus

59. WieerreichtderAgentseinZiel(denAusgang)?

60. WieerreichtderAgentseinZiel(denAusgang)?

61. /

62.  Insgesamt: 23 zu erzielende Punkte
 +2 +3 Punkte geschenkt  26 Punkte
 Klausurteilnahme bei 14 Punkten
 Wer keine 14 Punkte erreicht hat, bereitet uns auf
die Klausur vor
Klausurvorbereitung 03.07.2013

63. Bitte wegen Absprache der klausurvorbereitenden Sitzung nach Kursstunde
vorbeischauen:
 4862147
 5674280
 5609887
 5518997
 5610540
 5635080
 5595053
 5645948
 5591392
 5595320
 5404592
 5575117
 4304217
 5102987
 5400350
 5598028
Klausurvorbereitung 03.07.2013
ToDo:
 Kurzreferat über Inhalte der Kursstunde  Was
war wichtig? Was war nicht wichtig?
 Handout erstellen und bereitstellen über Inhalte
der Stunde, zusätzlich: Acht
Beispielklausurfragen
 Themen:
 Rechnerkommunikation
Albrecht, Odenthal
 Algorithmen der Bildverarbeitung: Kompression
Silva, Ludwig, Schmitz
 Algorithmen der Bildverarbeitung: Computer Vision –
Vorverarbeitung
 Grundlagen der Suchmaschinenoptimierung
 Text
 Video und Audio
Türkoglu, Oude-Aoust
 Künstliche Intelligenz in Computer- und Videogames
Munsch, Christoph

64. Gibt„s heute keine. Guten Semesterendspurt!
Hausaufgaben