Computational creativity in video game scene generation by genetic multi-criteria decision-making methods

Abstract

Procedural generation in video games refers to the automatic creation of game content, such as levels, environments, and characters, through algorithmic processes rather than manual design. This approach enables developers to achieve diverse video game scene patterns, enhancing player experiences. Multi-criteria decision-making methods are employed in procedural generation to balance multiple objectives, such as gameplay variety, aesthetics, and a fluid combination of abstract video game-level features. Neutro-sophic sets, a mathematical framework dealing with indeterminate and uncertain information, offer a way to handle ambiguous elements in procedural generation, adding a unique creative dimension to the process. The dissertation consists of an introduction, three main chapters, general conclusions, and a list of references. The first chapter performs a literature review on creative procedural generation methods for video games and formulates the dissertation’s objectives. The second chapter proposes a novel approach for procedural video game scene generation, which uses genetic algorithms, employs MCDM methods for fitness function, and models creativity-based criteria. Proposed methods include WASPAS-SVNS and CoCoSo fitness functions for the genetic algorithm, regional object morph algorithm and modelling of Gestalt design principles for the fitness functions. The third chapter evaluates, explores and presents the generated result artefacts of the proposed creative procedural generation method. The case study results show how the algorithm can increase the creative value of the generated artefacts and reduce the time for manual decision-making of creative tasks. The method reduces the number of repetitive game scene patterns and generates a significant number of unique game object layout patterns. MCDM methods and neutrosophic sets ensure the combination of fluid-conflicting criteria. Generated artefact features are easy to distinguish and do not make generated iterations chaotic by not employing every criterion identically in a single algorithm run. One generated game scene can employ more than one visual design pattern if there is a possibility in the initial genetic algorithm seed and random mutation direction. When combined for different design rules, cellular automata-based rules with local neighbourhood check agents can generate varied video game scene patterns relatively quickly. The final algorithm employs an above-average ability to generate creative value.

Procedūrinis generavimas žaidimuose apima automatinį žaidimo turinio, tokio kaip lygiai, aplinkos ir veikėjai, kūrimą algoritminiais procesais. Tokia strategija leidžia žaidimų kūrėjams padidinti įvairovę generuojant žaidimų turinį ir taip pagerinti žaidėjų patirtį. Procedūrinio generavimo metu gali būti taikomi daugiakriteriai sprendimų priėmimo metodai, siekiant subalansuoti skirtingus tikslus, tokius kaip žaidimo įvairovė, estetika ir abstrakčių žaidimo lygio savybių sklandus sujungimas. Neutrosofinės aibės padeda apdoroti neapibrėžtą ir netikslią informaciją procedūrinio generavimo procese ir padeda lengviau apibrėžti kūrybiškumo elementus. Disertacija susideda iš įvado, trijų pagrindinių skyrių, apibendrinamųjų išvadų ir literatūros šaltinių sąrašo. Pirmajame skyriuje atliekama literatūros apžvalga, kurioje aprašomas kūrybinių procedūrinio generavimo metodų taikymas žaidimuose, ir suformuluojami disertacijos tikslai. Antrajame skyriuje pasiūlomas naujas procedūrinio žaidimo scenų generavimo būdas, pasitelkiant genetinius algoritmus, daugiakriterius sprendimų priėmimo metodus ir kūrybiškumu grindžiamų kriterijų modeliavimą. Siūlomi metodai apima WASPAS-SVNS ir CoCoSo funkcijas genetiniams algoritmams, regioninių objektų morfavimo algoritmus ir geštalto dizaino principų modeliavimą tikslo funkcijose. Trečiajame skyriuje įvertinami ir pristatomi sukurtų rezultatų artefaktai, gaunami taikant pasiūlytą kūrybinio procedūrinio generavimo metodą. Atliktas tyrimas rodo, kaip algoritmas gali padidinti sukurtų artefaktų kūrybinę vertę ir sumažinti rankinio kūrybinių užduočių sprendimo laiką. Šis metodas sumažina pasikartojančių žaidimo scenų skaičių ir generuoja didelį unikalių žaidimo objektų išdėstymo modelių kiekį. Daugiakriteriai sprendimų priėmimo metodai ir neutrosofinės aibės užtikrina sklandų konfliktinių kriterijų derinimą. Sukurti artefaktai būna lengvai atpažįstami ir nesukelia chaotiškų algoritmo rezultatų. Kriterijų elementų balansas būna nevienodas kelių algoritmo aktyvavimų metu. Vienoje algoritmo iteracijoje galima pamatyti daugiau negu vieną vizualaus dizaino elementą, jei tai leidžia pirminiai atsitiktiniai genetinio algoritmo duomenys. Ląstelinio automato pagrindu paremtos taisyklės su lokalių kaimynų patikros agentais, kai derinamos skirtingos dizaino taisyklės, gali gana greitai generuoti skirtingus žaidimo scenų modelius. Galutinis algoritmas pasižymi didesniu negu vidutinis kūrybinės vertės generavimo gebėjimu.