Machine learning has been widely used in computer games for a long time. This is something that has been proven to create a better experience and well-balanced challenges for players. In 2017, the game engine Unity released the ML-agents toolkit that provides several machine learning algorithms together with examples and a user-friendly development environment for free to the public. This has made it simpler for developers to explore what is possible in the world of machine learning in games. In many cases, a developer has spent a lot of time on a specific place in a game and would like a player to visit that area. The location can also be important for the gameplay, but the developer wants to steer the player there without the player feeling forced. This thesis investigates if it is possible to create a smart agent in a modern game engine like Unity that can affect the route taken by a player through a level. The results show that this is fully possible with a high success rate for a simple environment, but that it requires much time and effort to make it work on an advanced environment with several agents. Experiments with a randomized environment to create an agent that is general and can be used in many situations were also done, but a successful agent could not be produced in this way within the timeframe of the work.

This thesis details the results and conclusions of a project conducted at the game studio FromSoftware in Tokyo, Japan during the autumn of 2008. The aim ofthe project was the design and implementation of a system able to generate 3D graphical representations of road networks.

As realistic virtual environments become more important, it is interesting to examine procedural generation. In this work, plausibility of virtual furniture layouts was evaluated in a perceptual study comparing layouts by a professional human interior designer with layout variants rearranged by a C# algorithm. It attached related furniture sides at specified distances in groups. Rasterized furniture footprints were tested, and layouts without overlaps between furniture or their clearance areas were accepted. The algorithm was inspired by Germer and Schwarz (Computer Graphics Forum, 28(8), pp. 2068–2078. 2009), and the evaluation methodology by Yu et al. (ACM Transactions on Graphics, 30(4), pp. 1–11. 2011). The algorithm was run by a Unity tool which placed furniture models in a virtual 3D room. Human-made layouts were also visualized and all layouts presented for 2 and 10 seconds with participants tasked to assess if they were human-made or not. The algorithm fulfilling side-based spatial relation constraints and clearance area constraints did not prove to produce as plausible virtual layouts as those by a human designer, but these constraints significantly improved the perceptual plausibility versus semi-arbitrary furniture placement with only wall-placement constraints for relevant furniture. Perceived orderliness of both human-made and generated layouts was significantly positively correlated with plausibility. The evaluation also provided knowledge of what characteristics are perceived as tells of procedural generation rather than human interior design. / Då realistiska virtuella miljöer blir viktigare är det intressant att undersöka processuell generering. I detta arbete utvärderades trovärdigheten av virtuella möbellayouter i en perceptuell studie som jämförde layouter gjorda av en inredningsdesigner med layoutvariationer omarrangerade av en C#-algoritm. Den satte ihop relaterade möbelsidor på specificerade avstånd i grupper. Rasteriserade möbelavtryck testades och layouter utan överlapp mellan möbler eller deras friytor accepterades. Algoritmen var inspirerad av Germer och Schwarz (Computer Graphics Forum, 28(8), s. 2068–2078. 2009) och utvärderingen av Yu et al. (ACM Transactions on Graphics, 30(4), s. 1–11. 2011). Ett Unity-verktyg placerade möbler i ett virtuellt 3D-rum. Designer-layouter visualiserades också och alla layouter visades i 2 & 10 sekunder för deltagare som bedömde om de var arrangerade av människa eller ej. Algoritmen som uppfyllde spatiala sidorelationsvillkor och villkor för fria ytor visade sig inte producera lika trovärdiga virtuella layouter som de gjorda av en människa, men dessa villkor förbättrade trovärdigheten signifikant jämfört med semi-godtycklig möbelplacering med enbart väggplaceringsvillkor för relevanta möbler. Uppfattad nivå av ordning var för både de mänskliga och genererade layouterna signifikant positivt korrelerad med deras trovärdighet. Utvärderingen gav också kunskap om vad som uppfattas som tecken för datorgenerering snarare än mänsklig inredning.

Procedurell generering är en teknik som används inom dataspel och annan programvara för att generera innehåll algoritmiskt snarare än manuellt. I detta projekt utökas metoden av Kán och Kaufmann (2018) för att procedurellt generera trovärdiga, virtuella scenlayouter till att använda reflekterande symmetri för syntes [14]. Den ändrade metoden utvärderas av dess uttrycksfulla räckvidd, beräkningsprestanda och förmåga att generera realistiska layouter. Metoden är en girig sökalgoritm som styrs av en kostnadsfunktion av matematiskt uttryckta riktlinjer för inredning baserad på etablerad litteratur i ämnet. Det uttrycksfulla utbudet av en generativ metod är mängden av stilar och varianter i utdatan som den kan skapa. Att undersöka det uttrycksfulla omfånget för en metod görs genom att visualisera en metods utdata som relaterar till en uppsättning utvärderingsmått [30]. Denna avhandling använder sig av uttrycksomfång för att utvärdera den förändrade metoden, bättre förstå fördelarna med reflekterande symmetri och nackdelar med hjälp av de föreslagna designriktlinjerna av Kán et al. som mått. Mätningar av antalet millisekunder som krävs för att generera en layout samlas också in för den utökade metoden för att bestämma beräkningskostnaden. Detta ger en indikation på vilket sammanhang metoden är möjlig att köra i. Slutligen genomfördes en tvåalternativs användarstudie med liknande metodik som i Yu et al. 2011 för att undersöka om den ytterligare användningen av reflekterande symmetri förbättrar metodens förmåga att generera realistiska layouter [37]. Resultaten från utvärderingen visade att den ytterligare användningen av reflekterande symmetri hade en marginell effekt på uttrycksomfånget, beräkningskostnaden och förmågan att generera realistiska layouter. Denna slutsats har dock en viss osäkerhet då användarstudien hade vissa brister. Vidare har ett fel i implementeringen av metoden inneburit att TV:n i scenen ibland blev placerad på ett konstigt sätt, användarna i studien märkte tydligt detta vilket tyder på att TV-placeringen har stor betydelse för den upplevda realismen. / Procedural generation is a technique used in video games and other software to generate content algorithmically rather than manually. In this thesis, the method by Kán and Kaufmann (2018) for procedurally generating plausible and virtual scene layouts is extended to use reflective symmetry for synthesis [14]. The altered method is evaluated by its expressive range, computational performance and ability to generate realistic layouts. The method is a greedy search method guided by a cost function of mathematically expressed guidelines for interior design based on established literature on the subject. The expressive range of a generator is the range of styles and varieties of output that it can create. Examining the expressive range of a level generator is done by visualizing a generator’s output as it relates to a set of evaluation metrics [30]. This thesis makes use of expressive range to evaluate the altered method, better understanding benefits of reflective symmetry and drawbacks using the proposed design guidelines by Kán et al. as metrics. Measurements of the number of milliseconds required to generate a layout is also collected for the extended method in order to determine the computational cost. This gives an indication of which context the method is possible to run in. Finally, a two-alternative forced user study was performed using similar methodology as in Yu et al. 2011 in order to examine if the additional use of reflective symmetry improves the method capabilities to generate realistic layouts [37]. The results from the evaluation showed that the additional use of reflective symmetry had a marginal effect on the expressive range, computational cost and ability to generate realistic layouts. However, this conclusion has some uncertainty as the user study had some shortcomings. Furthermore, an error in the implementation of the method had the implication that sometimes the TV in the scene got placed in a strange way, users in the study clearly noticed this which indicates that the TV placement has a high importance for the perceived realism.

Procedurell generering är ofta använt av spelutvecklare i dagens moderna samhälle. Generellt så används procedurell generering mestadels till att generera terräng och texturer, vilket är ett välutforskat område, men det är bara början till vad det kan användas till. Därför är den här artikeln istället fokuserad på användandet av procedurell generering för att generera förmågor som kan användas till ett spel i MOBA genren, i ett försök att sprida kunskap och utveckla andra användningsområden för procedurell generering. För att utforska den möjliga metodiken till användandet av procedurell generering för att generera förmågor så dokumenterar artikeln först redan existerande metoder, sedan föreslås en ny metod för att göra upp för bristerna i den existerande metoden och slutligen så implementeras den nya metoden i en spelprototyp för att undersöka dess funktionalitet. För att validera resultaten av den nya metoden för procedurell generering av förmågor så jämförs den direkt med de redan existerande metoderna för att klargöra vad för- och nackdelarna är med den nya metoden. Resultatet av undersökningen visar att den nya metoden är långt ifrån felfri, men den är duglig nog för att vara ett alternativ till de existerande metoderna. I slutet av artikeln så tas möjligheten av att kombinera den nya och den existerande metoden för procedurell generering av förmågor upp i syfte att göra upp för varandras brister. / Procedural generation is commonly used by game developers in today's modern world. Generally procedural generation gets mostly used for generating terrain and textures, which is a well explored area, but that is merely scratching the surface of possible use cases. This article therefore instead focuses on the usage of procedural generation to generate abilities to be used in a MOBA game, in an attempt to spread knowledge and develop other use cases for procedural generation. To explore possible methodologies of using procedural generation to generate abilities this article first documents already existing methods, then proposes a new method to make up for the shortcomings in the already existing methods and finally implements the new method in a game prototype to test its viability. To validate the results of the new method for procedural generation of abilities implemented in the game prototype it is directly compared to the already existing methods to ascertain what the pros and cons are of using the new method. The results of the research show that the new method for procedural generation of abilities is not the end all solution, but it is a viable alternative to the already existing methods. To tie things up this article brings up the possibility of combining both the existing methods for procedural generation of abilities and the newly designed one in the future in an attempt to mitigate the methods shortcomings.

No description available.

La complexité des mondes virtuels ne cesse d'augmenter et les techniques de modélisation classiques peinent à satisfaire les contraintes de quantité nécessaires à la production de telles scènes. Les techniques de génération procédurale permettent la création automatisée de mondes virtuels complexes à l'aide d'algorithmes, mais sont généralement contre-intuitives et par conséquent réservées à des artistes expérimentés.En effet, ces méthodes offrent peu de contrôle à l'utilisateur et sont rarement interactives.De plus, il s'agit souvent pour l'utilisateur de trouver des valeurs pour leurs nombreux paramètres en effectuant des séries d'essais et d'erreurs jusqu'à l'obtention d'un résultat satisfaisant, ce qui est long et fastidieu.L'objectif de cette thèse est de combiner la puissance créatrice de la génération procédurale avec un contrôle utilisateur intuitif afin de proposer de nouvelles méthodes interactives et intuitives de modélisation de mondes virtuels.Nous proposons plusieurs méthodes combinant génération procédurale et contrôle intuitif, en accentuant graduellement leur aspect interactif. Ainsi, nous présentons :- une méthode de génération procédurale de villages sur des terrains accidentés, dont les éléments sont soumis à de fortes contraintes de l'environnement,- une méthode interactive de modélisation de cascades, basée sur un contrôle utilisateur fin et la génération automatisée d'un contenu cohérent en regard de l'hydrologie et du terrain,- une méthode d'édition de terrains par croquis, où les éléments caractéristiques du terrain sont analysés et déformés pour correspondre aux lignes de crêtes tracées par l'utilisateur,- une méthode de peinture de mondes virtuels, où des techniques de synthèse d'éléments vectoriels sont utilisées pour automatiser la déformation et l'édition de la scène tout en préservant sa cohérence. / The complexity of virtual worlds is increasing and conventional modeling techniques are struggling to meet the constraints and amount of time required for the production of such scenes.Procedural generation techniques allow automated virtual worlds creation using algorithms, but are often non-intuitive and therefore reserved to experimented artists.Indeed, these methods offer few controls to users and are rarely interactive.Moreover, the user often needs to find values of several parameters by performing a series of trial and error, until obtaining a satisfactory result, which is a long and tedious task.The objective of this thesis is to combine the power of procedural modeling with intuitive user control to propose intuitive and interactive methods for modeling virtual worlds.We propose several methods combining procedural modeling and intuitive control, gradually increasing their interactive aspect.Thus we present:- a technique for procedural modeling of villages over arbitrary terrains, whose elements are subject to strong environmental constraints,- an interactive technique for procedural modeling of waterfall sceneries, based on an intuitive user control and the automated generation of a consistent content, in regard of hydrology and terrain constraints,- an sketch-based technique for editing terrains, where terrain features are extracted and deformed to fit the user sketches,- an interactive method for virtual world painting, where example-based synthesis of vectorial elements methods are used to automate deformation and editing of the scene while maintaining its consistency.

Voronoidiagram är en välbeprövad teknik inom många olika områden och är vanligt förekommande inom grafisk texturering men har också förekommit inom stadsgenerering som del av andra tekniker. I denna undersökning har voronoidiagram isolerats från andra erkända tekniker och använts för stadsgenerering. Syftet med arbete var att studera hur olika konfigurationer för voronoidiagram kan användas för att styra diagrammet i syfte att generera en stad med mur. Utseendet för de genererade städerna är baserat på litteratur för medeltida städer. En applikation har skapats för att kunna testa olika konfigurationer. De konfigurationer som har använts inom projektet har utvärderats baserat på deras styrkor och svagheter. Arbetets resultat presenterar utöver utvärdering av konfigurationerna också hypotetiska förändringar och nya infallsvinklar till problemet vilket är intressant för att vidare undersöka för hur voronoidiagram kan användas inom procedurell stadsgenerering.

Cette thèse (qui a pour intitulé "Représentation, modélisation et génération procédurale de terrains") a pour cadre la génération de contenus numériques destinés aux films et aux jeux-vidéos, en particulier les scènes naturelles. Nos travaux visent à représenter et à générer des terrains. Nous proposons, en particulier, un nouveau modèle de représentation qui s'appuie sur un arbre de construction et qui va permettre à l'utilisateur de manipuler des morceaux de terrain de façon intuitive. Nous présentons également des techniques pour visualiser ce modèle avec un maximum d'efficacité. Enfin nous développons un nouvel algorithme de génération de terrains qui construit de très grands reliefs possédant des structures hiérarchiques découlant d'un réseau hydrographique : le relief généré est conforme aux grands principes d'écoulement des eaux sans avoir besoin d'utiliser de coûteuses simulations d'érosion hydrique. / This PhD (entitled "Representation, modelisation and procedural generation of terrains") is related to movie and videogames digital content creation, especially natural scenes.Our work is dedicated to handle and to generate landscapes efficently. We propose a new model based on a construction tree inside which the user can handle parts of the terrain intuitively. We also present techniques to efficently visualize such model. Finally, we present a new algorithm for generating large-scale terrains exhibiting hierarchical structures based on their hydrographic networks: elevation is generated in a broad compliance to water-tansport principles without having to resort on costly hydraulic simulations.

One of the biggest industries today is the gaming industry. A multitude of games are sold each year, competing for the players’ attention and wallets. One of the common important techniques used today to produce game content is procedural content generation, where the computer generates small or larger parts of a game which often affects the gameplay experience. The purpose of this study is to design and implement a framework which can be used to evaluate and improve the procedural content generation in games, so that the gameplay experience for players in procedurally generated games can be increased. The research method used was design science, and the theories upon which the framework is built with are flow, procedural content generation and the genetic algorithm. The framework first was designed, and then implemented as an artifact in the form of a roguelike game, so that the framework’s functionality could be evaluated and validated. The game was then set up on a webpage so that anyone could contribute to the research by playing by giving feedback of how well the procedural content generation was performing in the form of a questionnaire within the game. Hence, the results of the study was twofold. The framework itself, and secondly the implementation of the framework in the form of a roguelike game. / En av de största industrierna idag är spelindustrin. En stor mängd av spel säljs varje år, vilka konkurrerar om spelarnas uppmärksamhet och plånböcker. En av de vanligaste teknikerna idag för att skapa innehåll till spel är procedurell generering där datorn genererar små eller stora delar av spelet, vilket ofta har inverkan på spelupplevelsen. Syftet med denna studie är att designa och implementera ett ramverk, vilket kan användas till att evaluera och förbättra den procedurella genereringen av spelinnehållet i spel, så att spelupplevelsen för spelare i procedurellt genererade spel kan förbättras. Forskningsmetoden som användes var design science, och de teorier som ramverket bygger på är flow, procedurell generering och den genetiska algoritmen. Ramverket designades först, och implementerades sedan som en artefakt i formen av ett rouge-likt spel, så att ramverkets funktionalitet kunde evalueras och valideras. Spelet lades upp på en hemsida, så att vem som helst kunde bidra till forskningen genom att spela och ge gensvar på hur väl den procedurellt genererade innehållet presterade. Härav så blev resultaten av studien tvåfaldig, ramverket självt, och implementationen av det i formen av ett rouge-liknande spel