Electronic Theses and Dissertations
UC Santa Cruz
Peer Reviewed
Title:
Expressive Design Tools: Procedural Content Generation for Game Designers
Author:
Smith, Gillian Margaret
Acceptance Date:
2012Series:UC Santa Cruz Electronic Theses and Dissertations
Degree:
Ph.D., Computer ScienceUC Santa Cruz
Advisor(s):
Whitehead, Jim
1 PROCEDURAL CONTENT GENERATION
Obviously, there are many potential directions to explore for building intelligent tools for game design and methods for enabling new game mechanics. A core technology that can help in both of these areas, however, is procedural content generation, or the programmatic creation of game content. Similar to Creature Creatorrsquo;s use of procedural techniques to support players creating complex models, content generation can serve a role as a companion game designer in a tool that helps designers safely experiment with different options for content by prototyping their ideas within a structured editor. New game mechanics can arise when content generation is used as a tool in the game designerrsquo;s toolbox—the generator can act as an on-demand game designer who can be called on to create environments that morph and adapt to a playerrsquo;s choices or play-style.
1.1 GAME DESIGN
In order to discuss how procedural content generation can play a role in the game design process, it is first important to explain what exactly is meant by “game design”. Fullerton describes the role of a game designer:
The game designer envisions how a game will work during play. She creates the objectives, rules, and procedures, thinks up the dramatic premise and gives it life, and is responsible for planning everything necessary to create a compelling player experience hellip; the game designer plans the structural elements of a system that, when set in motion by the players, creates the interactive experience.
The idea of game design as creating a player experience also resonates with other designers.
Brathwaite and Schreiber similarly describe game design as the creation of content and rules, but go on to state:
Good game design is the process of creating goals that a player feels motivated to reach and rules that a player must follow as he makes meaningful decisions in pursuit of those goals hellip; Good game design is player-centric. That means that above all else, the player and her desires are truly considered.
Schell also echoes this statement, bluntly reminding us that “the game is not the experience
the game enables the experience, but it is not the experience”
Level design, the specific aspect of game design that this dissertation addresses, is crucial to
good game design. Kremers argues that “level design is the application of game design” similarly, Byrne describes levels as “a container for game play” . Levels provide the player with a space to explore, learning and mastering the gamersquo;s mechanics and discovering the underlying story. In Juulrsquo;s definition of games as rules and fiction, levels play both roles:
The level design of a game can present a fictional world and determine what players can and cannot do at the same time. In this way, space in games can work as a combination of rules and fiction.
Game design is therefore concerned with making decisions about what the rules of the game are, what different kinds of elements should be used, and the story and overall progression of the game if applicable, all towards building a particular kind of player experience. Level design is the process of constructing specific spaces in which the player interacts with the rules of the game. The processes of game and level design are both highly iterative (Zimmerman 2008); it is impossible to understand the impact of changing the rules of a game or the layout of a level without testing it with real—or, more recently, simulated—players.
1.2 PROCEDURAL CONTENT GENERATION FOR GAME DESIGN
At its core, procedural content generation is simply the automatic generation of content.There is a large history of work in computer graphics to procedurally generate textures,terrain, and natural phenomena such as water, smoke, and fire (Ebert 2003; Perlin 1985).These have largely been advances in comp
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电子论文
圣克鲁斯
标题：
表达设计工具：游戏设计师的程序内容生成
作者：
史密斯，吉莉安玛格丽特
验收日期：
2012series：圣克鲁斯大学电子学位论文
学位：
博士，计算机scienceuc圣克鲁斯
顾问（的）：
吉姆，怀特海
1程序内容生成
显然，有许多潜在的方向，探索建设智能工具的游戏设计和方法，使新的游戏机制。一种可以帮助的核心技术的原因，但是，是程序性的内容，或以编程方式创建游戏内容。类似于生物创造者的使用程序技术，以支持玩家创建复杂的模型，合作内容的生成可以作为一个工具，帮助设计人员安全的试验对内容的不同选择的原型观念在一个结构化的编辑器的同伴游戏设计师。新的游戏机制可能出现的内容生成时，作为一种工具，在游戏设计师的工具箱，发电机可以作为一个按需游戏设计师，可以被称为创造环境变身和适应玩家的选择或游戏风格。
1.1游戏设计
为了探讨程序内容的生成在游戏设计过程中如何发挥作用，首先要解释“游戏设计”到底是什么意思。富勒顿介绍的作用一个游戏设计师：
游戏设计者设想如何将工作期间玩游戏。她创造的目标，
规则和程序，认为最戏剧化的前提，并赋予它生命，
并负责规划每一个要创造一个令人信服的玩家体验的事情，
游戏设计师计划一个系统的结构元素，当由玩家设定时，
创建互动体验。
游戏设计的理念是创造一个球员的经验也与其他设计师。
她和施雷伯同样描述游戏设计内容和规则的产生，但继续状态：
好的游戏设计是创造一个球员感到积极达成，球员跟他在好的游戏设计目标hellip; 追求使有意义的决定必须规则目标的过程肾小球肾炎是以玩家为中心。这就意味着，玩家和她的欲望都是真实的。
谢尔也呼应了这种说法，直截了当地提醒我们，“游戏没有经验游戏使经验，但它不是经验”
水平设计，游戏设计的具体方面，本论文地址，是至关重要的优秀的游戏设计。克雷默斯认为，“设计是游戏设计的“同样的应用，拜恩描述为“一个容器级别的游戏”。水平的球员提供了一个空间探索矿，学习和掌握游戏的力学和发现的基本故事。在所有的游戏规则和小说的定义，水平发挥角色：
游戏关卡设计可以呈现一个虚构的世界，并确定玩家可以同时做什么。这样，游戏中的空间就可以作为规则与虚构的结合。
因此，游戏设计是关于决策的规则的游戏，应该使用什么样的不同种类的元素，以及游戏的故事和整体进展，如果应用程序所有适用的，建立一种特殊的球员的经验。关卡设计是构建特定空间的过程，在这个过程中，玩家与游戏规则进行交互。过程的游戏和关卡设计都是高度迭代（齐默尔曼2008）；它是不可能没有测试它与real-o了解改变游戏或关卡的布局规则的影响最近，模拟玩家。
1.2程序内容生成的游戏设计
在其核心，程序生成内容仅仅是内容的自动生成。有一个大的历史在计算机图形学中的工作程序产生的纹理，地形，和自然pH值enomena如水、烟、火（埃伯特2003；柏林1985）。这些都是计算机图形学的发展应用于创建身临其境的虚拟环境是；这项工作已经有用对于推进小说半的游戏设计，却很少有规则的一半。游戏设计程序生成内容的重点内容以编程方式创建紧密相连的Ti一种特殊的游戏设计和玩家体验。游戏设计的程序内容生成实例（以下简称“盈科”）包括交互式环境建设据此，自动生成的武器，玩家将使用不同的方式在整个游戏中，或生成的故事，适应由玩家所采取的行动。
PCG只有足够的可控性和表达是设计师的一个有用的工具。内容生成器擅长快速创建大量的内容，但为了发电机R是有用的设计也必须能够创造出内容的风格种类繁多，它应该能够被有意义地由设计师。目标和要求这种PCG系统从程序内容生成之前的工作完全不同，它主要集中在系统，可以创建逼真的自然效果的设计复制人类设计师的努力，而不是与人的互动。
PCG系统作为点播游戏设计师的潜力，快速创建内容，满足对内容质量的设计师和/或球员和推理的需要。为了这个未来会实现的，内容生成器必须尽可能灵活。有2个主要的能力，一个发电机需要实现这一灵活性：
1）理解游戏的设计和为玩家构建的体验
2）能够从用户接收方向。
1.2.1推理游戏设计
要成为一个游戏设计师，一个生成器必须能够设计，推理不仅是对组件的配置，而且还如何配置改变玩家的经验。在第水平设计的背景下，这意味着发电机需要理解的关键水平的设计概念，如游戏起搏或如何在游戏的故事情节配合的。没有设计的理解，发电机将无法在有意义的方式与用户沟通，并减少到仅仅是随机重组，由发电机的设计者指定的积木。
目前大多数的PCG技术这一认识的大部分知识的表示层，经常嵌入在建筑由生成器使用的块。例如，几代在暗黑破坏神使用的算法需要输入一组模块级的“模板”，即有一个统一大小的区域的抽象布局。这些模板是放置在一个有效的配置，所以吨这是有可能移动模板之间的水平。模板是通过一个不同的完全实例化所取代，人类创作的水平段。该算法本身并不与明白被拼凑在一起的内容；在设计过程中的大部分都是由设计者在算法运行，甚至，很少关注算法如何工作。
在设计一个内容生成器的游戏设计，设计理解必须纳入发电机。发电机应该明白，不仅是什么可以放在一起，但他们的应该是连接件的组合对玩家体验有什么影响。暗黑3发电机上面没有任何了解的水平块应放一起，这样就可以不保证其输出的品质。它可能会造成一个有一个不希望的死亡人数的水平，例如：
在发电机的游戏设计意识的需要变得明显在程序层面的情况下产生的孢子（Maxis 2008a）：为了确保游戏的设计约束条件如地形导航igability服从，设计小组必须生成和测试各种各样的产生水平，创建了一套“批准”的种子的内容生成器。这提供了设计师的能力TY黑名单的生成内容，释放被接受，并发挥在游戏方面的内容生成控制。这些种子是唯一允许使用的GAM向公众发布。了解到发电机的游戏设计，将缓解这个问题。
一个内容生成器只能作为一个强大且灵活的构建模块，它必须与。通过将游戏设计知识转化为发电机，它是可能的，以增加粒度的电子设备的输入和有较小的，更原子的游戏设计单位的工作。在创造表现力的设计工具的情况下，较小的单位是指计算机使用相同的颗粒的工作建筑块作为人类设计师等，让人在小规模的建筑块和较大规模的担忧那些块适合创建的内容传播一起。
1.2.2设计用户控件
创建一个生成器，可以作为一个游戏设计师是一个人类用户与发电机交流和产生一定量的的控制提供了一种手段，另一个重要方面它可以创造。有两种不同类型的控制，PCG系统必须允许：在内容成分的控制，并在预定的玩家体验。
而发电机应该能够创造出多种多样的内容，必须有一个办法无论是设计师还是玩家都要调整这个内容。所需的控制类型和程度很大程度上取决于它将被使用的上下文中的上下文。在一个工具，帮助设计师创作对于一个游戏的内容，设计者必须能够非常严格地控制生成的内容；生成器和人的设计应该能够创建。一个游戏包括程序内容生成到它的力学，另一方面，可能需要更少的精确控制的位置的生成内容，但需要更深入地控制更多的摘要方面的游戏设计的相关内容。
许多发电机没有提供任何种类的游戏控制。对游戏体验的任何影响都被视为紧急行为，而不能被专门设计为。此外，控制在美联社内容的外观需要修改生成的代码本身。PCG游戏设计要求系统使内容控制技术设计人员访问，无论是作为一组输入参数参数或通过所产生的直接或间接操纵神器。发电机应该能够被引导以某种方式行动，或者朝着某个目标。
2 2D平台游戏
本文研究工作主要集中在2D平台游戏领域前。这些特点是由一个二维环境的游戏，从侧面看，玩家会*，主要由钌运行在平台上，跳过障碍，并收集硬币或其他特殊项目。一个2D平台前的核心机制是跳跃。玩家的主要目标通常是成功的Y在水平从一端到另一端；次要目标的类型一般包括收集尽可能多的硬币（任天堂1990；音速队1991），寻找隐藏的区域（任天堂EAD市；稀有洁具1995），或解决小空间难题（装甲游戏2008；前沿发展2008）。在这项工作中的具体种类的平台前游戏研究的是那些专注于克服挑战玩家的敏捷。平板机非常适合研究程序设计n由于其相对简单和易于理解的规则，但紧急复杂的层次设计：尽管他们的力学的简单，有大量的各种体裁的水平内（图2显示摘录水平超级马里奥世界（任天堂1990）和刺猬索尼克（Sonic团队1991）*）。例如，流行的游戏刺猬索尼克2（音速队1992）只有三个乐章管理力学跑步，跳跃，和自旋的汹涌而在级元素和配置大量的各种。
图2。2D平台游戏前两个例子。左：超级马里奥世界的耀西岛2地图的一部分。右：我地图上的大理石区域的一部分，从刺猬。这两场比赛有几乎相同的核心机制，但非常不同风格的设计。
3研究贡献
我工作的主要动机是一个渴望创造程序内容生成器，可以推进到“规则”的游戏设计的一半，计算机图形学已经影响了“fictio一样氮。具体而言，有三个主要的研究问题，促使本论文中所描述的工作：
1。我们如何设计内容生成器，支持一个新的范例设计？
2。程序内容的结合如何使一个新的游戏类型的创建？
3。我们如何评估和理解一个内容生成器的表达能力，并传达给设计师？
回答这些问题需要有不同类型的内容生成器的创建，从那些已经来过，我把这些新的发电机的表达设计工具。这样的工具被定义的：
发电机具有游戏设计的理解这是足够的可控性和表达的使用在设计过程。
打开这个定义揭示了四个主要方面的表现设计工具设计的理解、控制、表达能力，和交叉的设计过程。本文介绍的贡献我在这四个方面做了一个。
3.1设计理解
第1.2.1我描述的需要内容生成器理解这类游戏所创造的内容。这样的理解需要深入的分析类似的游戏和一个两者的结构和内容的方式，玩家将体验形式化。本文对二维平台的层次结构和玩家体验进行了新的分析游戏，它提供了一个理解的水平如何可以分解成原子分量和重建使用节奏表示的水平起搏。
3.2控制
设计工具必须是一个可以控制的设计师，往往不熟悉计算机编程。1.2.2节论述发电机必须允许在有限的控制要求组成和球员的经验。这一讨论在第2章，第1节，我定义了一个新的分类程序内容生成。它是系统的第一个分类图因为可供设计师使用的系统的控制，无论是在类型和控制程度。两表达设计工具进行了描述，Launchpad和塔纳格拉还提供了控制的新形式的设计师；快速启动提供了参数化控制游戏的水平它创建相关的属性，而塔纳格拉驱动游戏设计第一心音工具，提供了一个设计器直接控制生成的内容。
3.3相交的设计过程
主要有两种方式，本文介绍了程序生成内容和游戏设计过程的交叉：心音辅助设计，其中的内容是阿西斯发电机亭人的设计师在设计时，心音的游戏设计，其中内容生成器用于在播放时创建新的内容。
3.3.1 PCG-ASSISTED设计
Engelbart写潜在的计算机作为工具，“增强人类智力”（观点2003）。我们的写作受到了来自铅笔技术发展的影响文字处理器。将程序内容生成到一个层次的设计工具，有可能同样的影响，并增加了一个人的层次设计师。
本论文描述了一个新的范例，在一个内容生成器的设计可以作出反应的变化和要求由一个人的设计师。塔纳格拉是一个工具，提供了智能的援助水平2D平台游戏结合PCG进级设计过程中设计者。这是第一个混合的游戏设计工具，第一个提供一个直接控制的设计师超水平起搏而无需操纵水平几何。内容生成器在设计过程中主要扮演三个角色：这对设计师的内容，允许设计师经验不同起搏的几何理论。内容生成器在设计过程中起着三个主要的作用：这意味着设计师的内容，让设计师与不同的实验级起搏选项，并确保在所有水平的工具是有效的和可玩的。一个屏幕截图显示塔那格拉是图3。
3.3.2 PCG-ASSISTED游戏设计
PCG可以作为一个工具，游戏设计师创造完全新的游戏类型；这种想法是无止境的Web创作探索，以启动电平发生器。
LaunchPad是一个富有表现力的设计工具，是塔那格拉的前驱体，并在2D平台提供了一个设计的参数化控制在游戏领域的第一级发电机生产水平的研究。LaunchPad也是少数水平的发电机，以是一个非技术性的设计可提供控制。启动的能力是一个T学校用在设计游戏是通过游戏创造无尽的网络评价。
无尽的网络是一个实验性的2D冒险/平台前，深度整合程序生成内容融入它的力学和美学。这是第一场比赛，有球员直接我与一个内容发生器来控制世界的结构方面她必须探索
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