Generación procedimental

En informática , la generación procedimental es un método para crear datos algorítmicamente, en lugar de manualmente, generalmente mediante una combinación de contenido generado por humanos y algoritmos, junto con la aleatoriedad y la capacidad de procesamiento generadas por computadora. En gráficos por computadora , se usa comúnmente para crear texturas y modelos 3D . En videojuegos, se usa para generar automáticamente grandes cantidades de contenido. Dependiendo de la implementación, las ventajas de la generación procedimental pueden incluir archivos más pequeños, mayor cantidad de contenido y aleatoriedad para una jugabilidad menos predecible.

El término procedimental se refiere al proceso que calcula una función específica. Los fractales son patrones geométricos que a menudo se pueden generar de forma procedimental. El contenido procedimental común incluye texturas y mallas . El sonido también se genera frecuentemente de forma procedimental y tiene aplicaciones tanto en la síntesis de voz como en la música. Se ha utilizado para crear composiciones en diversos géneros de música electrónica por artistas como Brian Eno , quien popularizó el término " música generativa ". ^{[ 1 ]}

La generación procedural se creó originalmente como una herramienta para videojuegos, ayudando a generar niveles, texturas y mundos completos con poca intervención humana. Los elementos generados proceduralmente han aparecido en videojuegos desde la década de 1990: The Elder Scrolls II: Daggerfall se desarrolla en un mundo generado mayoritariamente de forma procedural, lo que le da un tamaño aproximado de dos tercios del tamaño real de las Islas Británicas . Soldier of Fortune de Raven Software utiliza rutinas simples para detallar los modelos de los enemigos, mientras que su secuela presentaba un modo de nivel generado aleatoriamente. Avalanche Studios empleó la generación procedural para crear un grupo grande y variado de islas tropicales detalladas para Just Cause . No Man's Sky , un juego desarrollado por el estudio de videojuegos Hello Games , se basa completamente en elementos generados proceduralmente.

La demoscene moderna utiliza la generación procedural para empaquetar una gran cantidad de contenido audiovisual en programas relativamente pequeños.

En conferencias como la IEEE Conference on Computational Intelligence and Games y la AAAI Conference on Artificial Intelligence and Interactive Digital Entertainment se presentan anualmente nuevos métodos y aplicaciones. ^{[ 2 ]}

Particularmente en la aplicación de la generación procedimental a los videojuegos, que están diseñados para ser altamente rejugables, existe la preocupación de que los sistemas procedimentales puedan generar un número infinito de mundos para explorar, pero sin la guía y las reglas humanas suficientes para dirigirlos. El resultado se ha denominado "avena procedimental", un término acuñado por la escritora Kate Compton, ya que si bien es posible generar matemáticamente miles de tazones de avena con la generación procedimental, el usuario los percibirá como iguales y carecerá de la noción de singularidad percibida que un sistema procedimental debería buscar. ^{[ 3 ]}

El uso de la generación procedimental en los juegos tuvo su origen en los juegos de rol de mesa (RPG). ^{[ 4 ]} El sistema de mesa líder, Advanced Dungeons & Dragons , proporcionaba al "director de juego" la posibilidad de generar mazmorras y terrenos mediante tiradas de dados aleatorias, ampliadas en ediciones posteriores con complejas tablas procedimentales ramificadas. Strategic Simulations, bajo licencia de TSR, lanzó Dungeon Master's Assistant , un programa informático que generaba mazmorras basándose en estas tablas publicadas. Tunnels & Trolls , publicado por Flying Buffalo , ^{[ 5 ]} fue diseñado principalmente para el juego en solitario y utilizó una generación procedimental similar para sus mazmorras. Otros juegos de rol de mesa adoptaron conceptos similares de generación procedimental para diversos elementos del mundo. ^{[ 6 ]}

Actualmente, muchas herramientas en línea para Dungeon Masters utilizan la generación procedural en diversos grados.

Al igual que en los videojuegos, la generación procedural se utiliza con frecuencia en el cine para crear rápidamente espacios visualmente interesantes y precisos. Esto tiene una amplia variedad de aplicaciones.

Una aplicación son las fábricas imperfectas , que los artistas utilizan para generar rápidamente muchos objetos similares. Esto se debe a que, en la vida real, nunca hay dos objetos exactamente iguales. Por ejemplo, un artista puede modelar un producto para un supermercado y luego crear una fábrica imperfecta para generar muchas copias imperfectas y llenar un estante entero.

MASSIVE es un paquete de software de alta gama para animación por computadora e inteligencia artificial que se utiliza para generar efectos visuales de multitudes para cine y televisión. Fue desarrollado para crear automáticamente ejércitos de cientos de miles de soldados para las películas de El Señor de los Anillos de Peter Jackson . ^{[ 23 ]}

El ruido coherente puede ser de suma importancia para el flujo de trabajo procedimental en el cine. El ruido simplex suele ser más rápido y con menos artefactos, aunque también se puede utilizar una función más antigua llamada ruido Perlin . En este caso, el ruido coherente se refiere a una función que genera una pseudoaleatoriedad suave en n dimensiones.

Poyck estudió cómo se pueden utilizar paisajes urbanos generados proceduralmente para ayudar a simulaciones sociales y para entrenar coches autónomos. ^{[ 24 ]}

La generación procedimental desempeña un papel fundamental en el desarrollo de los gemelos digitales , que son réplicas virtuales muy detalladas de objetos del mundo real utilizadas para la simulación, el análisis y la planificación.

Recientemente, se han empleado redes neuronales para refinar el contenido generado proceduralmente. La combinación de métodos de aleatorización clásicos con aprendizaje profundo ofrece nuevas formas de generar audio, imágenes, objetos 3D y otros tipos de contenido. Esto resulta especialmente útil en el desarrollo de niveles de videojuegos; el aprendizaje por refuerzo permite el desarrollo de agentes que juegan a los niveles generados, actuando como evaluadores automáticos de contenido. ^{[ 25 ]}

La integración de la generación procedimental con el aprendizaje profundo transforma el panorama de la creación de contenido digital. Zakaria et al. demostraron que los diferentes métodos de aprendizaje profundo para generar procedimentalmente los niveles de Sokoban presentan distintas fortalezas y debilidades. ^{[ 26 ]}

De cara al futuro, los investigadores están estudiando métodos para combinar grandes modelos de lenguaje (LLM) con sistemas de generación procedimental basados ​​en aprendizaje profundo, con el objetivo de mejorar su adaptabilidad. Zakaria sugiere que "los LLM combinados con aprendizaje por refuerzo pueden crear recursos procedimentales que evolucionan dinámicamente en función de la retroalimentación en tiempo real". ^{[ 26 ]} Zakaria investigó la aplicación de estructuras avanzadas de aprendizaje profundo, como generadores LSTM (memoria a largo y corto plazo) con remuestreo y GAN (redes generativas antagónicas), para mejorar el diseño de nivel procedimental. Descubrieron que "el muestreo de diversidad aumenta de forma consistente el número de soluciones y firmas generadas", lo que demuestra que los enfoques híbridos ayudan a superar problemas como patrones repetitivos o falta de variación. ^{[ 26 ]}

• Autómatas celulares
• Creatividad computacional
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• Movimiento browniano fraccional
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• IA generativa
• Sistemas L
• Generador congruencial lineal
• Lista de juegos que utilizan generación procedural
• Síntesis de medios (IA)
• Ruido , ruido Perlin , ruido simplex
• Animación procedimental
• Modelado procedimental
• Textura procedural
• Roguelike
• Generador de escenarios

• Ebert, David S.; Musgrave, F. Kenton; Peachey, Darwyn; Perlin, Ken; Worley, Steve (2002). Texturizado y modelado: un enfoque procedimental (3.ª  ed.). Morgan Kaufmann. ISBN 978-1-558-60848-1.
• Shaker, Noor; Togelius, Julian; Nelson, Mark J. (2016). Generación de contenido procedimental en juegos: un libro de texto y una visión general de la investigación actual . Springer. ISBN 978-3-319-42714-0.
• El futuro del contenido : ponencia de Will Wright sobre Spore y la generación procedural en la Game Developers Conference 2005.