手続き型生成

コンピューティングにおいて、手続き型生成とは、手動ではなくアルゴリズムでデータを作成する方法であり、通常は人間が生成したコンテンツとアルゴリズムを、コンピューターが生成したランダム性と処理能力と組み合わせて使用​​します。コンピューター グラフィックスでは、テクスチャや3D モデルの作成によく使用されます。ビデオ ゲームでは、ゲーム内の大量のコンテンツを自動的に作成するために使用されます。実装によっては、手続き型生成の利点として、ファイル サイズが小さくなる、コンテンツ量が増える、ランダム性によりゲームプレイが予測しにくくなるなどがあります。

手続き型という用語は、特定の関数を計算するプロセスを指します。フラクタルは、多くの場合、手続き型で生成できる幾何学的パターンです。一般的な手続き型コンテンツには、テクスチャとメッシュが含まれます。サウンドも手続き型で生成されることが多く、音声合成と音楽の両方に応用されています。これは、 「ジェネレーティブミュージック」という用語を普及させたブライアン・イーノなどのアーティストによって、さまざまなジャンルの電子音楽の楽曲を作成するために使用されてきました。^[1]

ソフトウェア開発者は長年にわたり手続き型生成技術を適用してきましたが、このアプローチを広範に採用した製品はほとんどありません。手続き型生成要素は、以前のビデオゲームにも登場しています。The Elder Scrolls II: Daggerfall は、ほとんどが手続き型生成の世界で展開され、その世界はイギリス諸島の実際のサイズ約 3 分の 2 です。Raven SoftwareのSoldier of Fortuneでは、敵モデルのディテール化に単純なルーチンが使用され、その続編ではランダムに生成されるレベルモードが採用されました。Avalanche Studios は、Just Causeのために、手続き型生成を使用して、大規模で多様な熱帯の島々を詳細に作成しました。ゲーム スタジオHello Gamesが開発したゲームNo Man's Sky は、すべて手続き型生成要素に基づいています。

現代のデモシーンでは、手続き型生成を使用して、大量のオーディオビジュアル コンテンツを比較的小さなプログラムにパッケージ化します。

新しい手法やアプリケーションは、IEEE計算知能とゲームに関する会議やAAAI人工知能とインタラクティブデジタルエンターテイメントに関する会議などの会議で毎年発表されています。^[2]

特に、繰り返しプレイできることを目的としたビデオゲームに手続き型生成を適用する場合、手続き型システムは探索できる世界を無限に生成できるが、それを導くための十分な人間の指導やルールがないという懸念がある。その結果は「手続き型オートミール」と呼ばれている。これは作家のケイト・コンプトンが作った造語で、手続き型生成で数学的に何千ものオートミールボウルを生成することは可能であるが、ユーザーには同じものと認識され、手続き型システムが目指すべき、認識される独自性の概念が欠けていることを意味する。^[3]

ゲームにおける手続き型生成の使用は、テーブルトップ ロール プレイング ゲーム (RPG) の分野に端を発しています。[ ^4]主要なテーブルトップ システムであるAdvanced Dungeons & Dragonsは、「ダンジョン マスター」がランダム ダイス ロールを使用してダンジョンと地形を生成する方法を提供し、後のエディションでは複雑な分岐手続き型テーブルで拡張されました。TSRからライセンスを受けたStrategic Simulations は、これらの公開されたテーブルに基づいてダンジョンを生成するコンピューター プログラムであるDungeon Master's Assistant をリリースしました。Flying Buffaloによって公開されたTunnels & Trolls ^[5]は、主にソロ プレイ向けに設計されており、ダンジョンに同様の手続き型生成を使用しています。他のテーブルトップ RPG も、さまざまな世界要素に同様の手続き型生成の概念を借用しました。^[6]

現在、ダンジョン マスター向けの多くのオンライン ツールでは、さまざまな程度に手続き型生成が使用されています。^{[引用が必要]}

グラフィック重視のビデオゲームが登場する以前は、ダンジョンズ&ドラゴンズから直接インスピレーションを得て、一人でプレイできるジャンルであるローグライクゲームが、テーブルトップシステムと同じように、手続き型生成を多用してダンジョンをランダムに生成していました。そのような初期のゲームには、Beneath Apple Manor (1978) や、このジャンルの名を冠したRogue (1980) などがあります。ローグライクの手続き型生成システムは、ASCIIまたは通常のタイルベースのシステムでダンジョンを作成し、プレイヤーに挑戦する部屋、廊下、モンスター、宝物を定義します。ローグライク、およびローグライクの概念に基づくゲームでは、ゲームの世界の作成に過度の時間を費やすことなく、複雑なゲームプレイを開発できます。^[7]

1978年のAtari VCS用ゲーム「Maze Craze」では、ゲームごとにランダムなトップダウン迷路を生成するアルゴリズムが使用されました。^[8]

一部のゲームでは擬似乱数ジェネレータが使用されていました。これらの PRNG は、事前に作成されたように見える非常に大きなゲーム ワールドを生成するために、定義済みのシード値と共に使用されることが多かったです。Sentinelには、わずか 48 キロバイトと 64 キロバイトに 10,000 種類のレベルが格納されていたと言われています。極端な例はEliteで、当初は合計 2 ⁴⁸ (約 282 兆) 個の銀河と、それぞれ 256 個の太陽系を含む予定でした。しかし、出版社はそのような巨大な宇宙はプレイヤーに不信感を与えるのではないかと懸念し、最終バージョンではこれらの銀河のうち 8 つが選ばれました。^[9]その他の注目すべき初期の例としては、1985年のゲームRescue on Fractalus（フラクタルを使用して、異星の惑星の険しい山をリアルタイムで手続き的に作成）やRiver Raid （線形フィードバックシフトレジスタによって生成された疑似乱数シーケンスを使用して、障害物のスクロール迷路を生成した1982年のActivisionゲーム）などがあります。

現代のコンピュータゲームには、以前のゲームのようなメモリやハードウェアの制限はありませんが、ランダム化されたゲーム、マップ、レベル、キャラクター、または各プレイスルーでユニークな他の側面を作成するために、手続き型生成が頻繁に使用されています。^{[10] [11]}

2004年、ドイツのデモグループが.kkriegerというPC用一人称視点シューティングゲームをリリースした。これはMicrosoft Windows用の96キロバイトの実行ファイルに完全収録されており、実行すると数百メガバイトの3Dおよびテクスチャデータを生成する。プログラマーの1人によると、「ゲーム面では完全な失敗作だった（その点を本当に深く気にしていた人が誰もいなかったため）」とのことだ。^[12]

Naked Sky の RoboBlitzでは、プロシージャル生成を使用して、 Xbox Live Arcade用の 50 MB 未満のダウンロード可能なファイルでコンテンツを最大限に活用しました。Will WrightのSporeでも、プロシージャル合成が使用されています。

手続き型生成は、アクションロールプレイングゲームや大規模マルチプレイヤーオンラインロールプレイングゲームなどのクエスト駆動型ゲームの戦利品システムでよく使用されます。クエストの報酬は固定されている場合もありますが、武器や防具などの他の戦利品は、プレイヤーキャラクターのレベル、クエストのレベル、クエストでのパフォーマンス、その他のランダムな要因に基づいてプレイヤーに生成されます。これにより、手続き型生成システムが平均以上の属性を持つアイテムを生成したときに、戦利品に希少性が適用されることがよくあります。たとえば、ボーダーランズシリーズは、100万を超えるユニークな銃やその他の装備を作成できる手続き型生成システムをベースとしています。^[13]

多くのオープン ワールドゲームやサバイバル ゲームでは、ランダムシードまたはプレイヤーが指定したシードからゲーム ワールドが手続き的に作成されるため、プレイするたびに異なるプレイが楽しめます。これらの生成システムでは、リソース、オブジェクト、クリーチャーが分布するピクセルベースまたはボクセルベースのバイオームが多数作成されます。プレイヤーは、ワールドの水域の量を指定するなど、生成パラメータの一部を調整できることがよくあります。このようなゲームの例としては、Dwarf Fortress、Minecraft、Vintage Story などがあります。

手続き型生成は、宇宙探査やトレーディング ゲームでも使用されています。Elite : Dangerous は、天の川銀河の 4000 億の既知の恒星を世界ベースとして使用し、手続き型生成を使用してこれらの太陽系の惑星をシミュレートします。同様に、Star Citizen は、手作りの宇宙の中にシームレスにロードされた惑星を作成するためにこのテクノロジを使用しています。I -Novae Infinityには、手続き型生成された多数の惑星があり、プレイヤーは宇宙船でそれらの間を移動できます。Outerra Anteworldは、手続き型生成と現実世界のデータを使用して、実際のスケールで地球の仮想レプリカを作成する開発中のビデオ ゲームです。

ノーマンズスカイは、手続き型生成を採用した史上最大のビデオゲームで、全銀河にまたがる18京の惑星の宇宙を特徴としており、飛行または徒歩で探索できます。惑星はすべて、独自の多様な地形、天候、動植物、および多数の宇宙を航行するエイリアン種族を持っています。すべてのプレイヤーにとって同じコンテンツが同じ場所に存在するため（決定論的エンジンの単一のランダムシード番号のおかげです）、プレイヤーは出会い、発見を共有することができます。 ^{[14] [15] [16]}

ビデオゲームと同様に、手続き型生成は、視覚的に興味深く正確な空間を迅速に作成するために映画でよく使用されます。これは、さまざまな用途で使用されます。

1 つのアプリケーションは不完全ファクトリーと呼ばれ、アーティストはこれを使用して多数の類似オブジェクトを迅速に生成できます。これは、現実世界では 2 つのオブジェクトがまったく同じであることはないという事実を説明しています。たとえば、アーティストは食料品店の棚に並べる製品をモデル化し、次に不完全ファクトリーを作成して多数の類似オブジェクトを生成し、棚に並べることができます。

MASSIVEは、映画やテレビの群衆関連の視覚効果を生成するために使用される高性能コンピュータアニメーションおよび人工知能ソフトウェアパッケージです。ピータージャクソンのロードオブザリング映画で数十万人の兵士の戦闘軍隊を自動的に作成するために開発されました。^[17]

コヒーレント ノイズは、映画の手続き型ワークフローにとって非常に重要です。シンプレックス ノイズは、アーティファクトが少なく高速であることが多いですが、Perlin ノイズと呼ばれる古い関数も使用できます。この場合のコヒーレント ノイズは、 n次元で滑らかな疑似ランダム性を生成する関数を指します。

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• Ebert, David S.; Musgrave, F. Kenton; Peachey, Darwyn; Perlin, Ken; Worley, Steve (2002)。テクスチャリングとモデリング: 手続き型アプローチ(第 3 版)。Morgan Kaufmann。ISBN 978-1-558-60848-1。
• Shaker, Noor; Togelius, Julian; Nelson, Mark J. (2016)。ゲームにおける手続き型コンテンツ生成：教科書と最新研究の概要。Springer。ISBN 978-3-319-42714-0。
• コンテンツの未来 –ゲーム開発者会議2005での Spore と手続き型生成に関するWill Wright の基調講演