Статья опубликована в рамках: CCXXV Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ» (Россия, г. Новосибирск, 27 ноября 2025 г.)
Наука: Информационные технологии
Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции
дипломов
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КЛЕТОЧНЫХ АВТОМАТОВ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ПРОЦЕДУРНЫХ МИРОВ В КОМПЬЮТЕРНЫХ ИГРАХ
АННОТАЦИЯ
В работе рассматривается использование клеточных автоматов для процедурной генерации игровых миров. Описаны принципы их работы, основанные на локальных правилах взаимодействия ячеек, и их преимущества в моделировании сложных структур. Приведены примеры использования клеточных автоматов в создании географических ландшафтов, распределении растительности и моделировании динамических процессов. Рассматривается перспективность метода в создании адаптивных игровых миров, изменяющихся в зависимости от действий игрока. Обсуждаются возможные направления развития клеточных автоматов для дальнейшего усложнения и повышения реалистичности виртуальных сред.
Ключевые слова: клеточные автоматы; процедурная генерация; игровые миры; моделирование систем.
Казалось бы, создание виртуального мира – это задача, требующая огромных ресурсов и тщательной проработки каждой детали. Однако современные технологии позволяют разработчикам создавать сложные игровые вселенные не вручную, а с помощью алгоритмов, способных формировать миры, которые выглядят естественно и разнообразно. Одним из таких методов является процедурная генерация, а клеточные автоматы – мощный инструмент для её реализации.
Клеточные автоматы представляют собой дискретные математические модели, состоящие из регулярной решётки ячеек, каждая из которых может находиться в одном из конечного множества состояний. Изменение состояния ячеек происходит в дискретные моменты времени в соответствии с заданными локальными правилами, зависящими от состояния соседних ячеек. Пример работы клеточного автомата с заданным условием заполнения поля на 50% и дальнейшим применением правила “голосование – большинство” приведён на рисунке 1.
Рисунок 1. “До” и “после” работы клеточного автомата с заданным условием
Многие люди, играющие в компьютерные игры, знакомы с процедурно сгенерированными мирами: бесконечные пещеры в Minecraft, сложные карты в Dwarf Fortress, динамичные песочницы вроде World Sandbox. Процедурная генерация представляет собой метод создания контента, при котором структуры, уровни или целые миры формируются алгоритмически, а не вручную. Клеточные автоматы могут быть использованы в процедурной генерации благодаря их способности моделировать сложные структуры на основе простых локальных правил естественным и логичным способом.
Несмотря на широкое использование клеточных автоматов в различных областях науки, их применение в игровой индустрии имеет свои особенности. Эти алгоритмы могут не только создавать случайные, но и закономерные структуры, моделируя географические особенности, распределение растительности или даже изменения погодных условий. Основной принцип их работы заключается в изменении состояния каждой ячейки игрового мира в зависимости от её окружения, что позволяет формировать динамичные и правдоподобные ландшафты.
Благодаря клеточным автоматам разработчики могут создавать миры, которые не только реагируют на действия игрока, но и адаптируются к его игровому стилю, изменяясь в зависимости от внутриигровых событий. Эти миры эволюционируют со временем, обогащаясь новыми элементами и усложняясь, что делает каждое прохождение уникальным. Они позволяют создавать живые и динамичные окружения, идеально подходящие для жанров, ориентированных на исследование, выживание и создание персонализированного игрового опыта. В таблице 1 представлены основные клеточные структуры, которые могут быть использованы при создании и изменении внутриигровых миров, их функции и условия работы.
Таблица 1.
Клеточные структуры и их функции.
|
Клеточная структура |
Функция |
Правила требуемые задания |
|
Структура ландшафта |
Генерация рельефа (горы, равнины) |
Определение высотных градиентов, уровня воды, плотности объектов |
|
Структура пещер |
Создание подземных структур |
Начальная случайная засеянность, правила эрозии и роста |
|
Структура растительности |
Распространение деревьев, травы, грибов |
Влажность, высота, соседство с водой |
|
Структура погоды |
Динамическое изменение осадков, температуры, ветра |
Глобальные климатические зоны, высотные перепады, сезонность |
|
Структура катаклизмов |
Случайные изменения мира (извержения, наводнения) |
Активные геозоны, частота событий, триггеры игрока |
|
Структура инфраструктуры |
Генерация дорог, поселений |
Логические связи между объектами, плотность населения |
В будущем клеточные автоматы смогут выполнять специализированные задачи, отвечая за различные аспекты внутриигрового мира. Автоматы ландшафта и пещер позволят создавать сложные рельефные структуры, адаптирующиеся под игровые условия, тогда как автоматы растительности и популяции обеспечат динамическое распределение флоры и фауны. Погодные автоматы внесут элемент непредсказуемости, меняя климатические условия, а автомат катаклизмов добавит глобальные изменения мира, реагируя на внутриигровые события. Такие системы могут работать в связке, создавая живой, постоянно меняющийся мир, который становится не просто фоном для игры, а её полноценным участником.
Список литературы:
- Mutation Models: Learning to Generate Levels by Imitating Evolution / A. Khalifa, M. C. Green, J. Togelius // PCGWorkshop 2022. – FDG, 2022. – doi: /10.48550/arXiv.2206.05497
- Т.Тоффоли, Н. Марголус МАШИНЫ КЛЕТОЧНЫХ АВТОМАТОВ / Т.Тоффоли, Н. Марголус – М. : Изд-во "Мир". В/О "Совэкспорткнига", 1990. – С. 41-44.
- Исследование динамики поведения клеточных автоматов / И. В. Юрьевич, Д. С. Каширин // E-Scio. 2023. №1 – С. 223-233.
дипломов
Оставить комментарий