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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.55.2016.tde-08012016-093518
Documento
Autor
Nome completo
Lucas Nascimento Ferreira
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2015
Orientador
Banca examinadora
Delbem, Alexandre Cláudio Botazzo (Presidente)
Esmin, Ahmed Ali Abdalla
Silva, Flavio Soares Correa da
Título em português
Uma abordagem evolutiva para geração procedural de níveis em jogos de quebra-cabeças baseados em física
Palavras-chave em português
Agente inteligente
Função de fitness baseada em busca
Funções de fitness ruidosas
Geração procedural de conteúdo. Algoritmo genético
Imersão
Jogos de quebra-cabeça baseados em física
Resumo em português
Na última década diversos algoritmos baseados em busca foram desenvolvidos para a geração de níveis em diferentes tipos de jogos. O espaço de busca para geração de níveis geralmente possui restrições, uma vez que a mecânica de um jogo define regras de factibilidade para os níveis. Em alguns métodos, a avaliação de factibilidade requer uma simulação com um agente inteligente que controla o jogo. Esse processo de avaliação geralmente possui ruído, causado por componentes aleatórios no simulador ou na estratégia do agente. Diversos trabalhos têm utilizado simulação como forma de avaliação de conteúdo, no entanto, nenhum deles discutiu profundamente a presença de ruído neste tipo de abordagem. Assim, esse trabalho apresenta um algoritmo genético capaz de gerar níveis factíveis que são avaliados por um agente inteligente em uma simulação ruidosa. O algoritmo foi aplicado a jogos de quebra-cabeças baseados em física com a mecânica do Angry Birds. Uma representação dos níveis em forma de indivíduos é introduzida, a qual permite que o algoritmo genético os evolua com características diferenciadas. O ruído na função de aptidão é tratado por uma nova abordagem, baseada em uma sistema de cache, que auxilia o algoritmo genético a encontrar boas soluções candidatas. Três conjuntos de experimentos foram realizados para avaliar o algoritmo. O primeiro compara o método de cache proposto com outros métodos de redução de ruído da literatura. O segundo mede a expressividade do algoritmo genético considerando as características estruturais dos níveis gerados. O último avalia os níveis gerados considerando aspectos de design (como dificuldade, imersão e diversão), os quais são medidos por meio de questionários respondidos por jogadores humanos via Internet. Os resultados mostraram que o algoritmo genético foi capaz de gerar níveis distintos que são tão imersíveis quanto níveis produzidos manualmente. Além disso, a abordagem de cache lidou apropriadamente com o ruído nos cálculos de aptidão, permitindo uma correta evolução elitista.
Título em inglês
An evolutionary approach for procedural generation of levels in physics-based puzzle games
Palavras-chave em inglês
Genetic algorithm
Immersion
Intelligent agent
Noisy fitness function
Physics-based puzzle games
Procedural content generation
Simulation-based fitness function
Resumo em inglês
In the last decade several search-based algorithms have been developed for generating levels in different types of games. The search space for level generation is typically constrained once the game mechanics define feasibility rules for the levels. In some methods, evaluating level feasibility requires a simulation with an intelligent agent which plays the game. This evaluation process usually has noise, caused by random components in the simulator or in the agent strategy. Several works have used a simulation for content evaluation, however, none of them have deeply discussed the presence of noise in this kind of approach. Thus, this paper presents a genetic algorithm capable of generating feasible levels that are evaluated by an intelligent agent in a noisy simulation. The algorithm was applied to physics-based puzzle games with the Angry Birds mechanics. A level representation in the form of individuals is introduced, which allows the genetic algorithm to evolve them with distinct characteristics. The fitness function noise is handled by a new approach, based on a cache system, which helps the genetic algorithm finding good candidate solutions. Three sets of experiments were conducted to evaluate the algorithm. The first one compares the proposed cache approach with other noise reduction methods of the literature. The second one measures the expressivity of the genetic algorithm considering the structural characteristics of the levels. The last one evaluates design aspects (such as difficulty, immersion and fun) of the generated levels using questionnaires answered by human players via Internet. Results showed the genetic algorithm was capable of generating distinct levels that are as immersive as levels manually designed. Moreover, the cache approach handled properly the noise in the fitness calculations, allowing a correct elitist evolution.
 
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Data de Publicação
2016-01-08
 
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