Craftium: Entornos 3D Personalizados para Entrenamiento de IA

Craftium es una nueva herramienta diseñada para crear entornos 3D para entrenar Agentes de inteligencia artificial (IA). Está construida sobre el motor de juego Minetest, que es de código abierto y permite una gran flexibilidad. El objetivo principal de Craftium es ofrecer a los investigadores una manera de diseñar entornos que se ajusten a sus necesidades específicas al probar IA.

#¿Qué es Minetest?

Minetest es un motor de juego similar a Minecraft, pero a diferencia de Minecraft, es de código abierto. Esto significa que desarrolladores y usuarios pueden ver, modificar y mejorar el código. Minetest tiene una plataforma flexible que permite a los usuarios crear diferentes tipos de juegos y experiencias. Está construido usando C++, un lenguaje de programación que lo hace rápido y eficiente.

El motor de juego tiene una API de Lua, que es un lenguaje de programación simple que ayuda a los usuarios a personalizar la funcionalidad del juego. Los usuarios pueden crear mods, que son modificaciones del juego, añadiendo características o juegos completamente nuevos. Muchos mods están disponibles en la comunidad de Minetest, y cubren una amplia gama de estilos de juego.

#La necesidad de entornos personalizados en la investigación de IA

La inteligencia artificial, especialmente en el campo del aprendizaje por refuerzo (RL), a menudo requiere entornos específicos para que los agentes aprendan y mejoren. RL es un tipo de aprendizaje automático donde los agentes aprenden a tomar decisiones interactuando con un entorno. El diseño del entorno puede influir significativamente en qué tan bien aprende un agente.

Muchos entornos tradicionales de RL, como los basados en videojuegos o simuladores de física, tienden a ser limitados. A menudo vienen con tareas predefinidas que no permiten mucha personalización. Esto puede ser un gran inconveniente para los investigadores que quieren explorar nuevas ideas o probar hipótesis específicas.

Los entornos utilizados en RL también suelen requerir que se simule todo el juego, lo que lleva a costos computacionales elevados. Como resultado, los investigadores necesitan una solución que permita entornos ricos y la flexibilidad para personalizarlos.

#Craftium: una solución para la creación de entornos

Craftium busca abordar estos desafíos permitiendo a los investigadores crear sus propios entornos usando el motor de Minetest. Con Craftium, los usuarios pueden construir nuevos mundos de juego con solo unos clics o a través de scripts. Este proceso simplifica la forma en que los investigadores pueden crear escenarios específicos adaptados a sus necesidades.

Craftium tiene modificaciones mínimas al código original de Minetest, asegurando que funcione bien con futuras actualizaciones. También proporciona una biblioteca de Python que es fácil de usar. Esta biblioteca permite a los usuarios cargar, modificar e interactuar con diferentes entornos sin problemas.

Otro aspecto de Craftium es su compatibilidad con la API de Gymnasium, una interfaz estándar en la investigación de RL. Esto significa que los usuarios pueden conectar fácilmente Craftium con varias herramientas y proyectos existentes para entrenar agentes de RL.

#Empezando con Craftium

Para empezar con Craftium, se trata de entender tres componentes principales: el motor de juego Minetest, la biblioteca Craftium y el agente de RL.

#Modificaciones a Minetest

El primer componente es la versión modificada del motor de Minetest. Craftium permite la comunicación entre el motor de Minetest y los procesos de Craftium. También extiende la API de Lua para soportar tareas de RL. Las modificaciones realizadas a Minetest se mantienen al mínimo para asegurar la compatibilidad con futuras versiones.

#Usando la biblioteca Craftium

La biblioteca Craftium en Python es el segundo componente. Esta biblioteca sirve como un puente entre el motor de Minetest y el agente de RL. Ayuda a establecer la comunicación y gestiona las Acciones realizadas por el agente en el entorno.

#Interactuando con el Agente

El tercer componente es el agente, que interactúa con el entorno a través de la biblioteca Craftium. Los investigadores pueden crear agentes que aprenden a realizar tareas en los entornos diseñados dentro de Craftium.

#Observaciones, Acciones y Recompensas

Al entrenar un agente en Craftium, hay factores importantes a considerar: observaciones, acciones y recompensas.

#Observaciones

Las observaciones en Craftium son típicamente entradas visuales. Por defecto, la cámara principal en el entorno proporciona imágenes RGB que representan lo que ve el agente. Esta observación se puede ajustar para adaptarse a necesidades específicas, e incluso se pueden crear configuraciones de observación personalizadas.

#Acciones

Los agentes interactúan con el entorno a través de un conjunto de acciones. En Craftium, los espacios de acción incluyen varios comandos de teclado y movimientos del ratón. La configuración por defecto permite un alto nivel de control sobre el entorno. También hay opciones para simplificar el espacio de acción si es necesario.

#Recompensas

Las recompensas son cruciales en RL. Signalizan al agente si sus acciones son buenas o malas. Craftium modifica el motor de Minetest para incluir funciones de Lua que permiten sistemas de recompensa personalizados. Los usuarios pueden crear recompensas basadas en ciertas acciones o eventos en el entorno, brindando flexibilidad en cómo los agentes reciben retroalimentación durante el entrenamiento.

#Creando entornos personalizados

Una de las ventajas de Craftium es lo fácil que es crear entornos personalizados. Los usuarios comienzan generando un mundo. Pueden usar herramientas integradas en Minetest o definir su mundo a través de scripts en Lua. Una vez que el mundo está listo, los usuarios crean un mod en Lua para controlar la mecánica del juego, como las recompensas y las condiciones de terminación.

Un mod consiste en un archivo de configuración y un script de Lua. El archivo de configuración contiene información esencial sobre el mod, mientras que el script de Lua define cómo funciona el entorno. Por ejemplo, un script podría especificar que cuando un agente interactúa con un objeto específico, recibe una recompensa.

#Ejemplos de entornos en Craftium

Craftium viene con varios entornos predefinidos para ayudar a los usuarios a entender cómo crear los suyos. Cada entorno sirve para un propósito diferente y muestra desafíos únicos.

#Chop Tree

En el entorno "Chop Tree", el agente es colocado en un bosque y debe talar árboles usando un hacha. Gana puntos por cada árbol que corta, lo que sirve como una tarea simple para practicar.

#Small Room

El entorno "Small Room" consiste en un espacio pequeño y cerrado donde el agente tiene que alcanzar un objetivo específico. La posición del objetivo cambia con cada intento, lo que anima al agente a aprender a navegar por el espacio de manera eficiente.

#Spiders Attack

Este entorno añade emoción y complejidad. El agente debe sobrevivir contra arañas y ganar puntos al derrotarlas. El desafío radica en la capacidad del agente para gestionar la salud y enfrentar eficazmente a varias arañas.

#Conclusión

Craftium representa un avance significativo en la creación de entornos 3D personalizados para la investigación de RL. Al aprovechar las fortalezas del motor de juego Minetest, Craftium ofrece a los usuarios la capacidad de personalizar completamente los entornos. Esta flexibilidad es esencial, permitiendo a los investigadores explorar una gama más amplia de tareas y escenarios, lo que en última instancia lleva a un entrenamiento más efectivo de los agentes de IA. A medida que el panorama de la IA sigue evolucionando, Craftium proporciona una plataforma valiosa para investigaciones actuales y futuras.