「モデル検査」のススメ（ゲームシナリオ進行編）

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「モデル検査」のススメ
（ゲームシナリオ進行編）
2013年8月21日
国立情報学研究所 GRACEセンター/先端ICTセンター
長久勝
mailto : nagaku@nii.ac.jp
Twitter : @mnagaku

2
がいよう
 仕様の通りに正しく振る舞うソフトウェアを開発するのは
極めて困難であるが、ソフトウェア工学において検討され
てきた「モデル検査」は、ソフトウェアをモデル化し、その
振る舞いを網羅的に検証することで、仕様の通りに正しく
振る舞うソフトウェアの開発を支援する。
 コンピュータゲームにおけるシナリオ進行は、状態遷移
に基づくスクリプト表現（DSL）で記述されることが多く、モ
デル検査を行うためのモデル表現と親和性が高い。
 本講演では、簡単なノベルゲームエンジンを示し、その上
に記述されたゲームのシナリオ進行を、モデル検査によ
って検証できることを示す。

3
じゅこうすきるとえられるちけん
 受講スキル
大学教養レベルの論理学。ノベルゲームなどの
スクリプトが書ける程度のゲーム開発経験
 得られる知見
ゲームシナリオ進行に関してモデル検査を使うた
めの具体的なノウハウ。ゲーム開発にモデル検
査を導入するためのヒント

4
おはなしするおじさん
 長久勝（ながくまさる）
 国立情報学研究所 GRACEセンター/先端ICTセンター
特任技術専門員
 ゲーム、映像配信の技術職を経て現職。ソフトウェア工学教育
と、学術クラウドに携わっている。早稲田大学MNC非常勤講師
兼務。NADEC主宰、ゲームコミュニティサミット2013実行委員、
IGDA日本福島ゲームジャムT/F副世話人。単著「Javaゲーム
プログラミングアルゴリズムとフレームワーク」、雑誌特集「生
物の生きるしくみを応用する免疫アルゴリズム」、TopSE修了
制作「FDRによるRPGシナリオの検証」、共著「ゲームクリエイ
ターが知るべき97のこと」。CEDECでは、2005-2011「ゲームAI
RT」、CEDECラボ2008プログラム委員、2009講演「僕より賢い
SATソルバー」。

5
おはなしするおじさん
 日科技連SQuBOK開発領域委員
 もうすぐ改定作業が終わります
 最新刊「ゲームクリエイターが知るべき97のこと②」
 今日の話は①の方の話だけど

6
かいじょうあんけーと
 職種
プログラマ
スクリプタ、レベルデザイナ
企画、シナリオライタ
その他
 知識
三段論法が分かる
状態機械が分かる
網羅的試験が分かる

7
おしながき
 正しく動くソフトウェア
 モデル検査
 ゲームシナリオ
 デモ

8
ただしくうごくそふとうぇあ
 正しく動く≠イイ感じ
「イイ感じ」は曖昧
何が「正しい」か決めて、
それが損なわれないように動くのが「正しく動く」
 何が「正しい」か書くのが仕様書
何が「正しい」かを明らかにするために、
何が「正しくない」か書くこともある
「正しい」とも「正しくない」とも判断できない部分が
残っている仕様書は「『正しくない』仕様書」

9
 「戦闘で勝つとアイテムがもらえる」
大雑把過ぎて何が「正しい」挙動か分からない
 「戦闘に勝った後、戦闘画面からフィールド画面
に戻ると、敵の居た場所に、別途定める確率で、
別途定めるアイテムが入った宝箱が出現する。
宝箱に隣接した位置で、宝箱を向いて、Aボタン
を押すと、アイテムを取得した旨の演出が行わ
れ、持ち物にアイテムが加えられる」
確率やアイテムの種別は定めた通りか、宝箱の
どの方向からも開けられるか、持ち物にちゃんと
アイテムが入るか

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 宝箱からアイテムを取らないで別の画面に移動
したらどうなる？取らないままじっとしていたらど
うなる？
異常系とかも明示しないとダメ
必要なら非機能についても書く
 段階的詳細化
大雑把な要求から、実装や試験が可能な仕様に
詳細化していく
各段階での対応関係（トレーサビリティ）、守るべ
き性質を壊さないように工夫して行う

11
もでるけんさ
 仕様書に書かれた「正しい」を、設計もしくは実装
が守っているか検証するための手法の一つ
 検査対象となるシステムを
状態機械としてモデル化
 モデル上の全ての状態遷移について
網羅的に「正しい」が破られないか探す

12
じょうたいきかい
 100円玉と50円玉だけ受け入れて
100円の商品を出す自動販売機の例
内部留保0円
内部留保100円
100円玉投入
内部留保50円
50円玉投入
50円玉投入
100円玉投入 / 50円玉排出
50円玉投入 / 50円玉排出 100円玉投入 / 100円玉排出
購入ボタン押下 / 商品排出
購入ボタン押下購入ボタン押下

13
じょうたいきかいでみるただしさ
 どんな状態からでも商品を得る遷移が存在する
内部留保0円
内部留保100円
100円玉投入
内部留保50円
50円玉投入
50円玉投入

14
じょうたいきかいでみるただしくなさ
 どんな状態からでも商品を得る遷移が
存在する？
内部留保0円
内部留保100円
100円玉投入
内部留保50円
50円玉投入
購入ボタン押下

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もでるけんさき
 モデル検査器
 「状態機械で見る正しさ」を検査するツール
 SPIN、SMV、UPPAAL、LTSA、FDR2、PAT、
JavaPathFinder、CBMC、SyncStitch、etc…
 今日はLTSAを紹介します

16
もでるけんさき
 LTSA
http://www.doc.ic.ac.uk/ltsa/
Javaで書かれてるので、どこでも動く
Appletでも動く
簡単な使い方や情報を紹介してるBlog
http://d.hatena.ne.jp/susumu/searchdiary?word=ltsa
 http://ameblo.jp/kenkyu-nisshi/entry-10602734547.html
講義用スライドを玉井先生が日本語化したもの
（英語の本家教科書を読む際にも参考になる）
 http://www.graco.c.u-tokyo.ac.jp/~tamai/concurrency.html

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もでるをかく
S自販機 = S内部留保0円,
S内部留保0円 = (e50円玉投入 -> S内部留保50円
| e100円玉投入 -> S内部留保100円),
S内部留保50円 = (e購入ボタン押下げ -> S内部留保50円),
S内部留保100円 = (e購入ボタン押下げ -> a商品排出 -> S内部留保0円
| e50円玉投入 -> a50円玉排出 -> S内部留保100円
| e100円玉投入 -> a100円玉排出 -> S内部留保100円).
内部留保0円
内部留保100円
100円玉投入
内部留保50円
50円玉投入

18
もでるを
けんさする
内部留保0円
内部留保100円
100円玉投入
内部留保50円
50円玉投入
//メニューの[check]-[progress]
Composition:
DEFAULT = S自販機
State Space:
6 = 2 ** 3
Progress Check...
-- States: 6 Transitions: 9 Memory used: 128062K
Finding trace to cycle...
Depth 1 -- States: 1 Transitions: 1 Memory used: 128062K
Finding trace in cycle...
Progress violation for actions:
{a100円玉排出, a50円玉排出, a商品排出, e100円玉投入, e50円玉投入}
Trace to terminal set of states:
e50円玉投入
Cycle in terminal set:
e購入ボタン押下げ
Actions in terminal set:
e購入ボタン押下げ
Progress Check in: 0ms

内部留保0円
内部留保100円
100円玉投入
内部留保50円
50円玉投入
50円玉投入
19
もでるをかく
けんさする
S自販機 = S内部留保0円,
S内部留保0円 = (e購入ボタン押下げ -> S内部留保0円
| e50円玉投入 -> S内部留保50円
| e100円玉投入 -> S内部留保100円),
S内部留保50円 = (e購入ボタン押下げ -> S内部留保50円
| e50円玉投入 -> S内部留保100円
| e100円玉投入 -> a50円玉排出 -> S内部留保100円),
S内部留保100円 = (e購入ボタン押下げ -> a商品排出 -> S内部留保0円
| e50円玉投入 -> a50円玉排出 -> S内部留保100円
| e100円玉投入 -> a100円玉排出 -> S内部留保100円).
Composition:
DEFAULT = S自販機
State Space:
7 = 2 ** 3
Progress Check...
-- States: 7 Transitions: 13 Memory used: 22162K
No progress violations detected.
Progress Check in: 2ms

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げーむしなりお
 攻略情報でフローチャートがよく出てくる
ゲームシナリオは状態機械で表現可能
 フラグが立つ
ゲームシナリオ進行に使われる道具は
限られている
フラグは進行状態を表す
フラグの変化に注目したモデル化で検査ができる

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げーむしなりお
do / 鍵取得=false
開始
さて進めてどんどん進めて
ぐるぐる脱出最後のドア
探索
do / 鍵取得=true
鍵発見
もうないドア開
開く
開かない
終了
次へ次へ
次へ
次へ
周りを探すドアを開ける
次へ [鍵取得==false]
次へ [鍵取得==true]
次へ
次へ
次へ [鍵取得==true]
次へ [鍵取得==false]
次へ
次へ
次へ

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でも
 ゲームのスクリプトに潜むバグを
LTSAで取ってみます
 http://code.9leap.net/codes/show/37974
ログインして、Forkして、自分用の環境を作る
config.jsのdebugフラグをtrueに変える
実行するとLTSA用のモデルがdialogで出る
LTSAにコピペで持って行く
ブラウザによってコピペ不可なのがあるので注意

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けんさできるせいしつ
 const False = 0
const True = 1
fluent HAS_KEY = <{m.s鍵発見.s最後のドア}, {m.sさて進めて.sどんどん進めて}> initially False
fluent OPEN_DOOR = <{m.s開く.s終了}, {m.sさて進めて.sどんどん進めて}> initially False
assert P1 = [](OPEN_DOOR -> HAS_KEY)
 イベントによって変化する状態を定義し、その状態の関係をLTLで検査式として書く
 P1：ドアが開いた状態の時は、必ず鍵を持っている状態でなければならない
 progress END = {m.s終了.s開始}
 進行性検証
 どんな状態からでも、いつか「m.s終了.s開始」のイベントを起こせる
 「m.s終了.s開始」のイベントが起こせなくなる進行とは、エンディングに到達できないパスがあるということ
 property Test = (m.s鍵発見.s最後のドア -> m.s開く.s終了 -> Test).
 安全性検証
 システムを抽象化（捨象）して守るべき性質を記述
 「m.s鍵発見.s最後のドア」、「m.s開く.s終了」以外のイベントを無視した場合、システムが
「Test = (m.s鍵発見.s最後のドア -> m.s開く.s終了 -> Test)」
と等価か調べる
 鍵を発見していないのにドアが開いたり、鍵を複数回発見してからドアが開いたりすると、等価にならない

24
げーむしなりおともでるけんさ
 デモでの不具合は単純に見える
人間の認識可能な量は簡単に超えてしまう
 モデル検査は本来、並行システムの検証に用い
られるが、今回題材としているシナリオ進行では
並行性を扱わない
 一般的なゲームシナリオ進行では、並行性がな
い、もしくは、既に並行合成が終わった後の並行
性がないプロセスを扱う
 並行性のないモデル化ができるので、状態爆発
を回避できる

25
ひんと
 スクリプトも、リポジトリにコミットした時、CIでモデ
ル検査される仕組みだと、うれしい
 ルールやツールを工夫すれば、ゲーム内の設定
の一貫性などを検査することも可能

26
ついかさんぷる
 http://code.9leap.net/codes/show/38365
デモと同じ手順でLTSAにモデルを持って行く
 const False = 0
const True = 1
fluent DEAD_ME = <{m.s死ぬ.s終了}, {m.s終了.s開始}> initially False
fluent LIVE_CAT = <{m.s終了.s開始}, {m.s猫死ぬ.s死ぬ}> initially True
assert P1 = [](DEAD_ME -> LIVE_CAT)
 自分を殺すのが必ず猫だとした場合、
自分が死んだ時に、既に猫が死んでいたらおかしい
 ほんとは、死んだら生き返らない検査項目も必要だけど、ここでは割愛
 物語の内容についての制約も検査できる
 モデル化に工夫しておくと、自動化も可能
 キャラ表示命令から香盤表を自動生成して、その情報を使うとか
 シーンにアノテーション（タグ）を付けて、遷移以外のイベントを自動で埋め込めるようにするとか

27
かたよったさんこうぶんけん
 CSPベースのモデル検査器は、LTSAの他にも
FDR2やPATなど、結構ある

28
ふつうのさんこうぶんけん
 日本語だと中島先生のSPIN本かな

29
ろんぶんなど
 [CEDEC2008]モデル検証入門
～ツールに振る舞いを検査させる～
http://cedil.cesa.or.jp/session/detail/154
 モデル検査のゲームシナリオへの適用
http://www.seiki.org/mass/modelchecking/
 設計段階におけるゲームシナリオのモデル検査
http://www.ppll.jp/mt.pdf
 FDRによるRPGシナリオの検証
 https://docs.google.com/file/d/0B4r-xhiV8R5xd1QyaE8yOVBrNmc/edit?usp=sharing

30
このりんぐ、われわれのうえに、
ひとり、かみがいる
 菅野ひろゆき（1968-2011）
「この世の果てで恋を唄う少女YU-NO」に代表さ
れる複雑なシナリオ進行において先駆的
 もし「複雑なシナリオ進行」の開発コストが低かっ
たとしたら、もっとシナリオ進行で遊ばせるゲー
ムが増えるのではないだろうか
 モデル検査をその道具に使えないだろうか
 アニメで表現できない面白さを

31
ここまでよんでくれてありがとうね
 Twitterで絡んでもらえば、いろいろお話します
@mnagaku
 今回のセッション、いろいろ反省した
「ゲームとモデル検査ワークショップ」をやる
ハンズオンで体験してもらう会
少人数で、
参加者各自が何がしかの納得を持って帰れる会
平日20時-22時、神保町を予定
そのうちTwitterで情報流します

32
じょうほうけんってどんなとこ？
 国立情報学研究所
 http://www.nii.ac.jp/
 講演者の所属する国立情報学研究所は、情報学という新しい
学問分野での「未来価値創成」を目指すわが国唯一の学術総
合研究所として、ネットワーク、ソフトウェア、コンテンツなどの
情報関連分野の新しい理論・方法論から応用展開までの研究
開発を総合的に推進しています。また、大学共同利用機関と
して、学術コミュニティ全体の研究・教育活動に不可欠な最先
端学術情報基盤（サイバー・サイエンス・インフラストラクチャ：
CSI）の構築を進めるとともに、全国の大学や研究機関はもと
より民間企業やさまざまな社会活動との連携・協力を重視した
運営を行っています。民間企業出身の研究者も在籍しており、
民間企業との共同研究も多く行われています。

33
とっぷえすいーってなあに？
 トップエスイー
 http://www.topse.jp/
 講演者が国立情報学研究所GRACEセンターの一員として運
営に参加しているソフトウェア工学の社会人向け教育プログラ
ム「トップエスイー」は、ソフトウェアシステム構築の現場で強力
なツール類を十分利用できる”スーパーアーキテクト”を育成
するために創設されました。先端的な教材を基に、ソフトウェア
産業における次世代リーダの育成を行っています。モデル検
査などソフトウェアの設計を検証する技術も学ぶことができま
す。これまで7期189名の修了生を輩出しており、講演者も2期
生として修了制作「FDRによるRPGシナリオの検証」で優秀賞
を獲得しています。

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