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1 第 4 回デジタルコンテンツシンポジウム エージェント アーキテクチャに基づく キャラクター AI の実装 - クロムハウンズのキャラクター AI を例として - 三宅陽一郎 ( 株式会社フロム ソフトウェア ) y.m.4160@gmail.com 幕張メッセ

2 Contact Information Youichiro Miyake Mail: Blog: LinkedIn: Facebook:

3 はじめに 講演者 ゲーム開発者 講演主旨 1 クロムハウンズにおいて開発したゲーム AI 技術を発表する 2 研究者の皆様に ディジタルゲーム AI の分野の研究分野を紹介し 研究の端緒として頂く

4 コンテンツ 第 1 章キャラクター AI とは何か? (5 分 ) 第 2 章クロムハウンズにおける自律型エージェント (10 分 ) 1 個としての AI 2 マルチエージェント 第 3 章大学 研究機関におけるゲーム AI 研究テーマ (1 分 )

5 第 1 章キャラクター AI とは何 か?

6 ゲーム業界でゲーム AI と言えば ゲーム AI 2 つのゲーム AI システム AI キャラクター AI ゲームとプレイヤーの間に立ってゲームシステムをコントロールする AI ( 例 ) レベル調整音声解析プロシージャル NPC( ノン プレイヤー キャラクター ) のブレイン ( 敵としての囲碁やチェスのボードゲームも含む ) ( 例 ) 意思決定

7 2 つのゲーム AI 現実世界 ゲーム世界 ゲームシステム ゲーム内世界 ユーザー インターフェース システム AI キャラクター AI 現実におけるにおける感覚感覚をインターフェースインターフェースによってによってディジタルディジタル世界世界へ延長延長する

8 FC SFC SS, PS PS2,GC,Xbox Xbox360, PS3, Wii Hardware キャラクター AI 技術の歴史 1999 DC ( 次世代 ) 時間軸 完全制御型 指定したした場所場所 指定したした時刻時刻 指定したした条件条件で動作 ゲームデザイナーの思い通りに動く操り人形 次世代ゲーム (Playstation3,Xbox360,Wii) 1 広大なマップ 2 長いゲーム時間 ( マップスケールに比例 ) 3 複雑なレベルデザイン 自律型 任意の場所場所 任意の時刻時刻 あらゆる条件条件に対応 ゲーム空間内で自ら時間と空間空間を自由自由に支配支配する知能を実現する 作り込み から AI 技術 アルゴリズム を使った複雑 膨大な情報の処理へ

9 自律型 AI の歴史 : FPS( 欧米 ) を中心し進化 PS2,GC,Xbox DC C4 architecture エージェント (MIT アーキテクチャー Media Lab.) イベント解析 & Halo FSM (Bungie Studio) Halo2 階層型 FSM (Bungie Studio) Xbox360, PS3, Wii ( 次世代 ) Time 世界表現 & Killzone 動的な (Guerrilla) プロシージャル戦術 ゴール指向型アクション F.E.A.R. プランニング (Monolith Production) Far cry ゴール指向型 Instincts (Crytek) FSM 階層型プランニング Chromehounds (FromSoftware) 日本には 殆どこの型がない

10 散見していたキャラクター AI における エージェント アーキテクチャの情報を 整理するところから始める

11 C4 アーキテクチャ デジタル空間空間で生きるきる生物生物の知性知性のためにのために提案提案されたされたアーキテクチャー MIT Media Lab. Synthetic Characters Group 論文 : D. Isla, R. Burke, M. Downie, B. Blumberg (2001)., A Layered Brain Architecture for Synthetic Creatures, ( ゲーム AI における最重要論文最重要論文の 1つ ) 生き物の知性をエージェント アーキテクチャーに写し取る バーチャルな空間空間に生きるきる犬が実現実現されされ 後に F.E.A.R. の NPC の AI に応用応用されるされる

12 MIT メディアラボ C4 アーキテクチャ NPC の知能部分 時間 認識ツリー アクションと対象の選択 モーターシステム センサー PercepMemoryObjects ワーキングメモリー ブラックボード モーション ゲーム世界 相互作用 身体 時間

13 ゲームにおけるエージェントの特徴 世界も AI も全てディジタル空間内にある ゲーム世界 感覚を通じてゲーム世界世界の状態状態を取得 身体を通じてゲーム世界世界と相互相互にインタラクション

14 エージェント アーキテクチャはゲーム世界で情報の流れを形成する NPC ゲーム世界感覚感覚感覚感覚を通じてじてじてじてゲームゲームゲームゲーム世界世界世界世界と自分自分自分自分の状態状態状態状態を取得取得取得取得身体身体身体身体を通じてじてじてじてゲームゲームゲームゲーム世界世界世界世界と相互相互相互相互にインタラクションインタラクションインタラクションインタラクションこのこのこのこの情報情報情報情報の流れのれのれのれの仕掛仕掛仕掛仕掛けることけることけることけること = キャラクターキャラクターキャラクターキャラクター AI

15 エージェント アーキテクチャ NPC の知能部分 時間 認識時間過程 知識モデルモデル化 意思決定機構 行動生成過程 センサー 知覚する 記憶 内部状態 エフェクター 行動する 空間知識表現 世界表現 ( ゲーム世界世界の特徴特徴を抽出抽出したしたデータデータのこと ) ゲーム世界時間 相互作用 身体 人工知能学会誌 Vol. 23 No. 1 (2008 年 1 月 ) ゲーム AI 特集 ディジタルゲームディジタルゲームにおけるにおける人工知能技術人工知能技術の応用応用 ( 三宅 )

16 世界表現とは? AI の属する世界の大局的な情報の知識表現 ポリゴンのモデルがどうしたの?! AI のためのデータ 開発内で準備する

17 世界表現の例パス検索データ ポリゴンのモデルがどうしたの? 検索すれば道がみつかる 地形データ ウエイポイントデータ 世界表現を精緻精緻にすればするほど AIは賢くなる

18 世界表現の例パス検索データ + ウエイポイントの明るさ ポリゴンのモデルがどうしたの? 明るい道がみつかる 地形データ ウエイポイントデータウエイポイントの明るさ 世界表現を精緻精緻にすればするほど AIは賢くなる

19 世界表現の例パス検索データ+ウエイポイントの明るさ + 東側に対して視線が通らない ( 見通しが悪い ) ポリゴンのモデルがどうしたの? + 敵が東側東側からから来るのでるので 東側からから見えにくくてえにくくて暗い道を通ろう 地形データ ウエイポイントデータウエイポイントの明るさ東側から見えやすいかどうか (+ ー )

20 第 1 章まとめ リアルタイムなキャラクター AI の現状 (1) キャラクター AI には 欧米の FPS を通して アカデミックな AI の知識が導入されつつある ( 日本は遅れている ) (2) エージェント アーキテクチャがキャラクター AI のフレームとして導入され始めている (3) エージェント アーキテクチャによる自律型 AI は空間と時間を自由に支配する機能の実現を目指す

21 コンテンツ 第 1 章キャラクター AI とは何か? 第 2 章クロムハウンズにおける自律型エージェント 1 個としての AI 2 マルチエージェント 第 3 章大学 研究機関におけるゲーム AI 研究の仕方

22 ChromeHounds 内容 : オンライン上でロボットチーム対戦開発元 : FromSoftware 出版 : SEGA Hardware: Xbox360 出版年 : 2006 年 リアルな戦場で ロボットからなるチーム同士で戦うネットワークゲーム オンライン上で プレイヤーチームと AI チームとの対戦が可能

23 ChromeHounds デモ

24 ChromeHounds デモ

25 ChromeHounds NPC の課題人間の代わりに プレイヤーチームと戦う COM のチームを作る ( マルチエージェント ) プレイヤーチーム ( 最大 6 名 ) AI チーム ( 最大 6 名 )

26 コンテンツ 第 1 章キャラクター AI とは何か? 第 2 章クロムハウンズにおける自律型エージェント 1 個としての AI 2 マルチエージェント 第 3 章大学 研究機関におけるゲーム AI 研究の仕方

27 ChromeHounds NPC の AI のアーキテクチャ身体認識過程評価値評価値評価値評価値によるによるによるによるゴールゴールゴールゴール選択選択選択選択 + 階層型階層型階層型階層型ゴールゴールゴールゴール指向指向指向指向プランニングプランニングプランニングプランニング行動生成行動生成行動生成行動生成過程過程過程過程記憶センサー NPC の知能部分ゲーム世界知識表現 世界表現相互作用相互作用相互作用相互作用時間時間モーションモーションモーションモーション反射反射反射反射モードモードモードモード空間時間

28 自律型エージェントの実現 世界表現を用いたスマートなリアルタイムパス検索 リアルタイムゴール指向型プランニング 意思決定機構 自律型エージェント完成自分で計画計画を立て 任意任意の場所場所に移動移動できる AIを実現実現する

29 自律型エージェントの実現 世界表現を用いたスマートなリアルタイムパス検索 リアルタイムゴール指向型プランニング 意思決定機構 自律型エージェント完成自分で計画計画を立て 任意任意の場所場所に移動移動できる AIを実現実現する

30 Navigation Mesh 法とは? マップを凸多角形で埋めてキャラクターを移動させる方法 B 手順 (1) マップを障害物を含まない三角形に分割する ( データを用意する ) (2) その三角形の情報から パスを検索する ( ゲーム内リアルタイム (3) 検索したパスに従って移動する ( ゲーム内リアルタイム ) リアルタイム )

31 クロムハウンズにおけるナビゲーションメッ シュ (1) メッシュ (2) 複雑な地形にも対応 (3) メッシュを当りマップデータから自動生成 (4) マルチ分解能 (5) 地形表面の性質 ( 雪 砂など ) の情報が埋め込まれたメッシュ 山岳 街 湖など 80 に及ぶバリエーションに富んだマップに対し 単一のデータ形式 アルゴリズムで対応することが出来た ( 汎用性 )

32 情報が埋め込まれたナビゲーションメッシュ クロムハウンズにおける世界表現 (1) 水や砂地は ハウンズのスピードを減速させるので メッシュに表面の性質を埋め込んでおく 最短時間の経路を導くキャラクターが地表効果地表効果を考慮考慮してして移動移動する (2) 障害物が破壊されたら メッシュのデータを更新する キャラクターが状況状況の変化変化に対応対応してして移動移動する

33 Debug_Path02.avi

34 NavMesh.avi

35 自律型エージェントの実現 世界表現を用いたスマートなリアルタイムパス検索 リアルタイムゴール指向型プランニング 意思決定機構 自律型エージェント完成自分で計画計画を立て 任意任意の場所場所に移動移動できる AIを実現実現する

36 リアルタイムゴール指向型プランニング

37 時間を支配する 状況に応じたプランを形成

38 階層型ゴールゴール指向指向プランニングプランニングとは?

39 一つのゴールはより小さなゴールから組み立てられる Goal Goal Goal Goal

40 ゴールはより小さなゴールから組み立てられる Goal Goal Goal Goal Goal Goal Goal Goal Goal

41 クロムハウンズにおけるゴール指向型プランニングパスパスパスパスに沿ってってってって移動移動移動移動するするするする通信塔通信塔通信塔通信塔を見つけるつけるつけるつけるパスパスパスパスを見つけるつけるつけるつける通信塔通信塔通信塔通信塔へ行く通信塔通信塔通信塔通信塔を占拠占拠占拠占拠通信塔を占領する撃つ歩く止まるまるまるまる通信塔通信塔通信塔通信塔の周囲周囲周囲周囲に 10 秒間秒間秒間秒間いるいるいるいる戦術戦術戦術戦術 振る舞い操作操作操作操作ハウンズハウンズハウンズハウンズ

42 ゴール指向プランニングによって通信塔を占拠するデモ Conquer_Combas_TeamAI.avi 左上は階層型プランニングのゴール表示

43 クロムハウンズゴール総合図歩く撃つ止まる 2 点間を移動歩く 一度止まる 歩く攻撃するパスをたどる敵を叩く味方を守る操作層振る舞い層戦術層戦略層通信塔占拠静止するある地点へ行く本拠地防衛敵本拠地破壊味方を助ける巡回する敵基地偵察近付く合流する巡回する逃げる後退する前進する敵側面へ移動状況状況状況状況に応じてじてじてじて 戦略戦略戦略戦略を選ぶ知能知能知能知能が必要必要必要必要複数のゴールゴールを選択する意思決定機構選択選択選択選択

44 クロムハウンズ状況により変動する評価値のイメージ敵を叩く味方を守る戦略層通信塔占拠本拠地防衛敵本拠地破壊味方を助ける巡回する敵基地偵察状況状況状況状況に応じてじてじてじて 変動変動変動変動するするするする評価地評価地評価地評価地 そのそのそのその状況状況状況状況に応じてじてじてじて適したものほどしたものほどしたものほどしたものほど高い点数点数点数点数がつくようにするがつくようにするがつくようにするがつくようにする 複数のゴールゴールを選択する意思決定機構

45 自律型エージェントの実現 リアルタイムゴール指向型プランニング リアルタイムパス検索 意思決定機構 自律型エージェント完成自分で計画計画を立て 任意任意の場所場所に移動移動できる AIを実現実現した!

46 コンテンツ 第 1 章キャラクター AI とは何か? 第 2 章クロムハウンズにおける自律型エージェント 1 個としての AI 2 マルチエージェント 第 3 章大学 研究機関におけるゲーム AI 研究の仕方

47 マルチエージェントへ

48 マルチエージェント技術 全体としての新しい知能 各エージェントがそれぞれの機能を果たすことで 全体として新しい知能を獲得すること

49 集団における知性クロムハウンズ メンバーの維持 1 護衛 2 救援 ゴールによる協調 相手チームに対する状況的優位を築く 3 戦闘判断 4 集中砲火 アルゴリズムによる協調 勝利のための統制された行動 5 チーム AI チーム AI による協調

50 クロムハウンズにおけるマルチエージェント技術 護衛一体のエージェントが他のエージェントと移動を共にする 1 護衛 護衛する というゴールを用意する 護衛される対象は戦力が少ないか 移動速度が遅いハウンドが選ばれやすい

51 クロムハウンズにおけるマルチエージェント技術 1 護衛 クロムハウンズにおけるマルチエージェント技術 CH_protectII

52 クロムハウンズにおけるマルチエージェント技術 救援一体のエージェントが窮地にある他のエージェントの戦場に駆けつける 2 救援 P P P 救援する というゴールを用意する 護衛される対象は体力の残りが少ない ハウンズ 囮に使われる可能性があるので あまりに遠かったり あまりに体力が少ない場合は 救援に行かない P

53 クロムハウンズにおけるマルチエージェント技術 2 救援 救援 ALL AI SYSTEM AI チーム vs AI チーム戦デモ CH_ResaueFriend ALL AI SYSTEM

54 集団における知性クロムハウンズ メンバーの維持 1 護衛 2 救援 ゴールによる協調 相手チームに対する状況的優位を築く 3 戦闘判断 4 集中砲火 アルゴリズムによる協調 勝利のための統制された行動 5 チーム AI チーム AI による協調

55 クロムハウンズにおけるマルチエージェント技術 戦闘判断エージェントが周りの敵と味方の戦力を計算して戦うべきか 逃げるべきかを判断する 3 戦闘判断 デバッグの過程過程で追加 P P P 本拠地へ退却 プレイヤーたちのたちの戦力 > 1.4 x エージェントたちのたちの戦力 P P P P P P 戦闘! プレイヤーたちのたちの戦力 < 1.4 x エージェントたちのたちの戦力 戦力比が大きい無駄な戦闘を回避し 常に相手を上回る戦力を増築してプレイヤーに対抗する

56 クロムハウンズにおけるマルチエージェント技術 3 戦闘判断 ALL AI SYSTEM AIチーム vs AIチーム戦デモ CH_goryuu ALL AI SYSTEM AI チーム vs AI チーム戦デモ

57 クロムハウンズにおけるマルチエージェント技術 集中砲火複数のエージェントが複数の敵ターゲットに対しターゲットを統一する 4 集中砲火 その場で戦力戦力が最も低い敵を集中的集中的に攻撃攻撃する デバッグの過程過程で追加 P P P 戦闘! その場で戦力が最も低い敵を集中的に攻撃しダメージの分散を防ぐ

58 クロムハウンズにおけるマルチエージェント技術 4 集中砲火 集中砲火 ALL AI SYSTEM AI チーム vs AI チーム戦デモ CH_Concentration ALL AI SYSTEM AI チーム vs AI チーム戦デモ

59 集団における知性クロムハウンズ メンバーの維持 1 護衛 2 救援 ゴールによる協調 相手チームに対する状況的優位を築く 3 戦闘判断 4 集中砲火 アルゴリズムによる協調 勝利のための統制された行動 5 チーム AI チーム AI による協調

60 クロムハウンズにおけるマルチエージェント技術 5 勝利のためののための統制統制されたされた行動 複数のエージェントがゴールを共有する! チーム AI! 敵基地! 勝利のために目的を共有する

61 チーム AI の構造 4 つの戦略を持ち ゲーム全体の状況を反映する評価関数によって 一つの戦略を決定する ( 評価関数による意思決定 = 個体の意志決定と同じ方法 ) チーム AI 意志決定機構 敵殲滅 本拠地防衛 通信塔占拠数で勝つ 敵本拠地破壊 チームとしてのとしての戦略 (= 勝利条件と同じ )

62 チーム AI の構造 4 つの戦略を持ち 評価関数によって 一つの戦略を決定する ( 評価関数による意思決定 = 個体の意志決定と同じ方法 ) チーム AI 意志決定機構 本拠地破壊 敵殲滅 本拠地防衛 通信塔占拠数で勝つ 敵本拠地破壊 本拠地破壊 本拠地破壊 一つのチーム戦略は 各機体への命令からなる

63 チーム AI の構造 = ゴール指向型の拡張 COM のゴール指向プランニングの上に チーム AI を積み上げる チーム AI 意志決定機構 本拠地破壊 敵殲滅 本拠地防衛 通信塔占拠数で勝つ 敵本拠地破壊 本拠地破壊 本拠地破壊 本拠地破壊 本拠地破壊 本拠地破壊 COM 1 COM 2 COM 3 一つのチーム戦略は 各機体への命令からなる プランニング

64 チーム AI の意思決定と COM の判断 を比較して 最終的に決定する チーム AI 意志決定機構 敵殲滅 本拠地防衛 通信塔占拠数で勝つ 敵本拠地破壊 組織としての合理性 本拠地破壊 COM 2 通信塔占拠 個としての合理性

65 チーム AI の意思決定と COM の判断 を比較して 最終的に決定する チーム AI 意志決定機構 チーム AI と COM の ゴールの評価値を 比較して高い方を選択する 敵殲滅 本拠地防衛 通信塔占拠数で勝つ 敵本拠地破壊 本拠地破壊 実行評価値 :76 COM 2 通信塔占拠 実行評価値 :88

66 チーム AI の意思決定と COM の判断 を比較して 最終的に決定する チーム AI 意志決定機構 COM が二つの評価値を 比較して高い方を選択する 敵殲滅 本拠地防衛 通信塔占拠数で勝つ 敵本拠地破壊 本拠地破壊 実行評価値 : 64 COM 2 通信塔占拠 実行評価値 : 53

67 チーム AI の意思決定と COM の判断を比較して 最終的に決定するチームチームチームチーム AI AI AI AI 意志決定機構意志決定機構意志決定機構意志決定機構 COM 2 本拠地破壊通信塔占拠 COM が二つの評価値を比較して高い方を選択する 敵殲滅殲滅殲滅殲滅本拠地本拠地本拠地本拠地防衛防衛防衛防衛敵本拠敵本拠敵本拠敵本拠地破壊地破壊地破壊地破壊通信塔通信塔通信塔通信塔占拠数占拠数占拠数占拠数で勝つ敵本拠敵本拠敵本拠敵本拠地破壊地破壊地破壊地破壊チームチームチームチームの判断判断判断判断 個としてのとしてのとしてのとしての判断判断判断判断を競合競合競合競合させてさせてさせてさせて知的知的知的知的な柔軟性柔軟性柔軟性柔軟性を保持保持保持保持するするするする

68 チーム AI の介入の仕方 前半はチーム AI より個としての AI の判断判断を優先優先 後半はチーム AI の判断判断を優勢優勢にしたいにしたい 比較のためののためのチーム AI ゴール評価値 = ゴール評価値 x comp_team 比較のための COM AI ゴール評価値 = ゴール評価値 x comp_idv COM 優勢 COM チームチーム競合チーム優勢 comp_idv チーム AI を用いてゲームメーキングゲームメーキングを行う comp_team 前半 (5 分 或いはいは 戦場で一機一機が撃墜されるまで ) 中盤 ( 前半終了から 5 分 ) 後半 ( 中盤終了から 5 分 )

69 クロムハウンズにおけるマルチエージェント技術 5 チーム AI ALL AI SYSTEM AIチーム vs AIチーム戦デモ Protect_CB_TeamAI.avi ALL AI SYSTEM

70 集団における知性クロムハウンズ メンバーの維持 1 護衛 2 救援 ゴールによる協調 相手チームに対する状況的優位を築く 3 戦闘判断 4 集中砲火 アルゴリズムによる協調 勝利のための統制された行動 5 チーム AI チーム AI による協調

71 このように たくさんのアルゴリズムを 重ねて ゲーム AI は完成します

72 第 2 章まとめ (1) リアルタイム プランニングは キャラクター AI に長期的な行動を実現した (2) 世界表現の精緻化することで AI が地形を認識した行動を実現した (3) ゴール指向をチーム AI に拡張し タスク割り当てによるチーム AI としての機能を実現した (4) ゴール指向における評価値の変動によって 個としてエージェントと組織としての知能を対立させ 局所とグローバルな判断を競合させた (5) ゲームメーキングを行うシステムを実現した

73 第 3 章 大学 研究機関におけるゲーム AI 研究テーマ

74 学術的な研究テーマ 大学におけるゲーム AI 研究の可能性 (1) 世界表現 知識表現 (2) リアルタイム AI

75 (1) 世界表現 知識表現 ゲームはゲーム毎に様々な知識表現 世界表現を準備する マップが拡大するに従い ( パス ) データの自動生成が ますます重要になる 複雑なマップの 3D 空間のパスデータ自動生成は手付かずの分野 日本のゲーム独自の分野 ( 海外のゲームではロボットは空を飛ばない )

76 (2) リアルタイム AI 殆ど完全な情報下におけるリアルタイム AI ( センサーやメカニカルな問題が存在しない ) 逆に膨大な情報を 1/60( 秒内 ) に処理して行動を決定する高度な機能の知能かつ効率的なアルゴリズムが求められている

77 全体のまとめ (1) これまでゲーム AI は 力任せ的な手法がメインであった (2) 次世代ゲーム開発に入り 人工知能技術の応用が本格化している (3) 学として研究できる新しい分野が幾つかある (4) ゲームはゲーム AI に対応して作られるため 日本独自のゲーム AI の研究分野がある

78 ゲーム AI の情報リソース 1 日本のゲーム企業は殆ど 外に技術情報を公開しない 2 欧米のゲーム企業は競って GDC(Game Developers Conference) などで 技術情報を公開する

79 (I) 参考文献 ( 日本語 ) 1 世界表現 プランニング については IGDA 日本の HP の ダウンロード から 三宅が書いた第 1,2 5,6 回セミナーの教科書 CEDEC2006 の資料が DL できます ( センサーの実装の仕方 記憶の利用法などを知りたい方は必読 ) 2 ディジタルコンテンツ協会 デジタルコンテンツ制作制作の先端技術応用先端技術応用に関するする調査研究報告書 ( 第 3 章 ) (PDFファイルがダウンロード出来ます ) 3 人工知能学会誌 Vol. 23 No. 1 (2008 年 1 月 ) ゲーム AI 特集 ディジタルゲームにおける人工知能技術の応用 ( 三宅 ) 日本のゲーム企業は殆ど 外に技術情報を公開しない

80 (II) 参考文献 ( 英語 ) WEB Mat Buckland ai-junkie Craig Raynolds RAYNOLDS リンク集 Steven Rabin GameAI CGF-AI CGF-AI リンク集 欧米のゲーム企業は競って GDC などで 技術情報を公開する

81 (II) 参考文献 ( 英語 ) 書籍 AI Game Programming Wisdom 4 Progrmming Game AI by Example Game Artificial Intelligence 欧米のゲーム企業は競って GDC などで 技術情報を公開する

82 ご清聴ありがとうございました 質疑応答 これ以外に 意見や質問があれば メイルへ

83 Programming for goal-oriented (Design Pattern: Composite structure) Class Goal Condition for clear + Activate() Process() Terminate() Activate Process Programming skills initial setting Instance behavior in active Class Goal Condition for clear + Activate() Process() Terminate() Terminate process for finish this goal (Function are written by script language) Class Goal Condition for clear + Activate() Process() Terminate() Class Goal Condition for clear + Activate() Process() Terminate() Instance

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