dc.creator | Silva, Daniele Fernandes e | |
dc.date.accessioned | 2025-06-17T22:03:27Z | |
dc.date.available | 2025-06-17T22:03:27Z | |
dc.date.issued | 2025-04-03 | |
dc.identifier.citation | SILVA, Daniele Fernandes e. Aprimoramento da Geração de Mapas em Jogos Digitais por Meio de Estratégias Avançadas em GANs. Orientador: Marilton Sanchotene de Aguiar. 2025. 90 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) – Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2025. | pt_BR |
dc.identifier.uri | http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/16210 | |
dc.description.abstract | Procedural content generation (PCG) plays a key role in creating virtual worlds
and optimizing digital game production, allowing the automatic generation of levels
and maps without manual intervention. With advances in deep learning, generative
adversarial networks (GANs) have emerged as a promising approach for PCG, offering
the possibility of creating diverse and playable levels. However, significant challenges
remain, such as mode-collapse, training instability, and difficulty ensuring that the
generated maps are valid and consistent for gameplay. This research explores the
tuning policies of GANs applied to map generation for top-down games, investigating
strategies to optimize the diversity and validity of the generated maps. The central
problem addressed in this thesis is improving the quality of levels generated by GANs.
It seeks to answer the following question: How can generative adversarial network
models be enhanced to maximize the generation of diverse and playable levels in
digital games? To this end, several aspects of the training of these networks are
analyzed, including mitigating mode-collapse, assessing the quality of the generated
maps, increasing the expressiveness of the dataset, and penalizing the network with
heuristics that favor gameplay. The main objective of this work is to define a set of
techniques and methodologies that optimize the adjustment of GAN models for the
procedural generation of levels in digital games. To this end, strategies are proposed
that increase the expressiveness and quality of the dataset, minimize network training
problems, and ensure that the generated levels are valid and varied. In addition, the
aim is to integrate interactive and heuristic approaches to make the generative process
more efficient and adaptable to the needs of different types of games. This research
uses an approach that involves experimenting with different GAN architectures,
including VanillaGAN, DCGAN, and WGANGP, and incorporating techniques such as
spectral normalization, bootstrapping, and heuristic penalization. Metrics are explored
to evaluate the validity and playability of the generated maps and strategies to condi tion the generation of levels in a controlled manner. The experiments are conducted
with different datasets, comparing traditional PCG approaches with the proposed
solutions. The results demonstrate that the strategies developed in this thesis signifi cantly improve procedural level generation and mitigate mode-collapse and instability
problems. The experiments show that spectral normalization and heuristic penalization
increase training efficiency in model tuning, enhancing its ability to generate playable
and diverse levels. In conclusion, this research highlights the importance of refining
adjustment policies for GANs in procedural map generation, highlighting the potential
of these networks to optimize level design in digital games. However, challenges
remain, such as the need to develop better mechanisms to control the variability
and complexity of the generated maps. Future work could explore the combination
of GANs with other deep learning approaches, such as more advanced conditional
generative models, and apply these techniques in three-dimensional games and other
genres, in addition to top-down vision games. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Sem bolsa | pt_BR |
dc.language | por | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal de Pelotas | pt_BR |
dc.rights | OpenAccess | pt_BR |
dc.subject | Geração procedural de conteúdo | pt_BR |
dc.subject | Geração de mapa | pt_BR |
dc.subject | Geração de nível | pt_BR |
dc.subject | Mapa procedural | pt_BR |
dc.subject | Aprendizado profundo | pt_BR |
dc.subject | Redes adversárias generativas | pt_BR |
dc.subject | Procedural content generation | pt_BR |
dc.subject | Map generation | pt_BR |
dc.subject | Level generation | pt_BR |
dc.subject | Procedural map | pt_BR |
dc.subject | Deep learning | pt_BR |
dc.subject | Generative adversarial networ | pt_BR |
dc.title | Aprimoramento da Geração de Mapas em Jogos Digitais por Meio de Estratégias Avançadas em GANs | pt_BR |
dc.title.alternative | Enhancing Map Generation in Digital Games Through Advanced Strategies in GANs | pt_BR |
dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
dc.contributor.authorID | https://orcid.org/0009-0005-4802-2908 | pt_BR |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/2128981489947699 | pt_BR |
dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0000-0002-5247-6022 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/3499616508280892 | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 | Torchelsen, Rafael Piccin | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/4828490550640720 | pt_BR |
dc.description.resumo | A geração procedural de conteúdo (PCG) desempenha um papel fundamental
na criação de mundos virtuais e na otimização da produção de jogos digitais, per mitindo a geração automática de níveis e mapas sem necessidade de intervenção
manual. Com os avanços em aprendizado profundo, redes adversárias generativas
(GANs) surgiram como uma abordagem promissora para a PCG, oferecendo a
possibilidade de criar níveis diversificados e jogáveis. No entanto, ainda há desafios
significativos da própria abordagem, como o mode-collapse, a instabilidade do
treinamento e a dificuldade em garantir que os mapas gerados sejam válidos e
coerentes para a jogabilidade. Essa pesquisa explora as políticas de ajuste das GANs
aplicadas à geração de mapas para jogos de visão top-down, investigando estratégias
para otimizar a diversidade e a validade dos mapas gerados. O problema central
abordado nesta tese está relacionado à melhoria da qualidade dos níveis gerados
por GANs, buscando responder à seguinte questão: como aprimorar modelos de
redes generativas adversárias para maximizar a geração de níveis variados e jogáveis
em jogos digitais? Para isso, são analisados diversos aspectos do treinamento
dessas redes, incluindo a mitigação do mode-collapse, a avaliação da qualidade dos
mapas gerados, o aumento da expressividade do conjunto de dados e a penalização
da rede por heurísticas que favoreçam a jogabilidade. O objetivo principal deste
trabalho é definir um conjunto de técnicas e metodologias que otimizem o ajuste
de modelos GANs para a geração procedural de níveis em jogos digitais. Para
isso, são propostas estratégias que aumentam a expressividade e a qualidade do
conjunto de dados, minimizam problemas de treinamento das redes e garantem que
os níveis gerados sejam tanto válidos quanto variados. Além disso, busca-se integrar
abordagens interativas e heurísticas para tornar o processo generativo mais eficiente
e adaptável às necessidades de diferentes tipos de jogos. A abordagem utilizada
nesta pesquisa envolve a experimentação com diferentes arquiteturas de GANs,
incluindo VanillaGAN, DCGAN e WGANGP, além da incorporação de técnicas como
normalização espectral, bootstrapping e penalização por heurísticas. São exploradas
métricas para avaliar a validade e a jogabilidade dos mapas gerados, bem como
estratégias para condicionar a geração dos níveis controladamente. Os experimen tos são conduzidos com diferentes conjuntos de dados, comparando abordagens
tradicionais de PCG com as soluções propostas. Os resultados obtidos demonstram
que as estratégias desenvolvidas nesta tese contribuem significativamente para a
melhoria da geração procedural de níveis, mitigando problemas de mode-collapse e
instabilidade. Os experimentos evidenciam que técnicas como normalização espectral
e penalização por heurísticas aumentam a eficiência do treinamento no ajuste do
modelo, melhorando sua capacidade em gerar níveis jogáveis e diversificados. Como
conclusão, esta pesquisa destaca a importância do refinamento de políticas de ajuste
para GANs na geração procedural de mapas, evidenciando o potencial dessas redes
para otimizar o desenho de níveis em jogos digitais. No entanto, desafios ainda
permanecem, como a necessidade de desenvolver melhores mecanismos de controle
da variabilidade e da complexidade dos mapas gerados. Trabalhos futuros poderão
explorar a combinação de GANs com outras abordagens de aprendizado profundo,
como modelos generativos condicionais mais avançados, bem como a aplicação
dessas técnicas em jogos tridimensionais e outros gêneros, além dos jogos de visão
top-down. | pt_BR |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Computação | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFPel | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.rights.license | CC BY-NC-SA | pt_BR |
dc.contributor.advisor1 | Aguiar, Marilton Sanchotene de | |
dc.subject.cnpq1 | CIENCIA DA COMPUTACAO | pt_BR |