Estado del arte y oportunidades de negocio
ÍNDICE
1 ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN ACTUAL DE LA INDUSTRIA DE LOS VIDEOJUEGOS ...... 4
1.1 PANORAMA NACIONAL, EUROPEO E INTERNACIONAL ...... 4
1.1.1 Situación actual a nivel nacional ...... 4
1.1.2 Situación actual a nivel europeo ...... 11
1.1.3 Situación actual a nivel internacional ...... 13
1.2 TENDENCIAS EN LA INDUSTRIA DE VIDEOJUEGOS ...... 16
1.2.1 Serious Games ...... 17
1.2.2 Gamificación ...... 18
1.2.3 Realidad Virtual ...... 20
1.3 LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL APLICADA A VIDEOJUEGOS ...... 21
1.4 LA GENERACIÓN AUTOMÁTICA DE CONTENIDOS POR PROCEDIMIENTOS ...... 28
1.4.1 Caracterización general de la generación de contenidos por procedimientos ...... 28
1.4.2 Aplicaciones y algoritmos en generación de contenidos por procedimientos ...... 34
1.4.3 Taxonomía de la generación de contenidos por procedimientos ...... 40
1.4.4 El enfoque basado en la búsqueda ...... 47
2 ANÁLISIS DE OPORTUNIDADES DE NEGOCIO EN LA GENERACIÓN DE CONTENIDOS POR PROCEDIMIENTOS ...... 51
2.1 TENDENCIAS EN LA GENERACIÓN AUTOMÁTICA DE CONTENIDOS POR PROCEDIMIENTOS 51
2.1.1 Generación de Música ...... 52
2.1.2 Generación de Niveles ...... 54
2.1.3 Generación de contenido adaptado a la experiencia del jugador ...... 58
2.1.4 Generación de narrativas e historias ...... 60
2.1.5 Generación de paisajes, terrenos y vegetación ...... 64
2.1.6 Generación de las reglas del juego ...... 68
2.2 OBJETIVOS Y RETOS DE INVESTIGACIÓN EN GENERACIÓN DE CONTENIDOS POR PROCEDIMIENTOS ...... 71
3 EVENTOS DE REFERENCIA ...... 75
4 INICIATIVAS DE INTERÉS...... 82
5 FUENTES DE INFORMACIÓN ...... 86
1 Análisis de la situación actual de la industria de los videojuegos
1.1 Panorama nacional, europeo e internacional
1.1.1 Situación actual a nivel nacional
Los videojuegos son uno de los sectores que cuentan con mayor potencial de crecimiento e innovación de los que conforman la industria de los contenidos digitales en España.
La irrupción de Internet y las nuevas tecnologías supone una ruptura de la estructura “tradicional” de la cadena de valor, produciéndose el fenómeno de la “desintermediación”. El cambio progresivo a los juegos online ha introducido nuevos métodos de distribución y ha comenzado a reorganizar las funciones y la dinámica de interacción entre los actores de la cadena de valor.
Evolución de la cadena de valor en la industria de videojuegos
Cadena de valor tradicional Cadena de valor online
Desarrollador Fabricante Middleware de hardware Hosting
Proveedor de tecnología: software y middleware Desarrollador
Isps Publisher Portales de videojuegos Tiendas de Publisher Distribuidor aplicaciones
Distribuidor retailer
Proveedor de hardware. Pasarelas de Cliente / Minorista Intefaz de usuario: pago usuario final consolas, Pcs. Dispositivos móviles
Usuario final
Fuente: Libro Blanco del Desarrollo de los Videojuegos 2014
El mercado del videojuego crece en España a un ritmo más rápido que en la Unión Europea.
Las plataformas con mayor demanda son los dispositivos móviles. Sin embargo, este canal es el que menos atrae a usuarios de pago (32% vs 55% de media en todas las plataformas).
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Por ello, España se sitúa en el puesto 11º para Android, 17º en iPad y 18º en iPhone, en cuanto a la generación de ingresos a través de las tiendas de aplicaciones.
Plataformas con mayor demanda por parte de publishers y consumidores
100% 82% 80% 56% 55% 60% 40% 12% 11% 9% 20% 3% 0%
Fuente: Libro Blanco del Desarrollo de los Videojuegos 2015
En línea con lo que sucede para el conjunto del tejido empresarial de España, el sector del videojuego en nuestro país se compone principalmente por pequeñas empresas. De las más de 400 empresas de videojuegos en activo que hay censadas en España, el 96% tienen menos de 50 empleados.
Distribución de las empresas de videojuegos por número de empleados (% empresas)
Más de 50 De 26 a 50 De 11 a 25
De 6 a 10 Menos de 5 4% 9%
17% 49%
21%
Fuente: Libro Blanco del Desarrollo de los Videojuegos 2015
Para completar el perfil de empresa “tipo” del sector de videojuegos en España, hay que añadir que no sólo se trata de empresas de tamaño pequeño, sino también con un perfil muy joven. Prácticamente dos de cada tres empresas de videojuegos en España tiene menos de 5 años, y casi 1 de cada 3 ha sido creada durante los últimos 24 meses.
5
Distribución por edad de la empresa (% empresas)
< 2 años 2 - 5 años 5 - 10 años > 10 años
18% 28%
17% 37%
Fuente: Libro Blanco del Desarrollo de los Videojuegos 2015
Esta explosión en cuanto a la creación de nuevas empresas en el sector de videojuegos ha venido impulsada por la irrupción y consolidación de los dispositivos móviles, lo que ha motivado a muchas empresas a incorporarse a la industria.
Atendiendo a la distribución territorial, Madrid, Cataluña y la Comunidad Valenciana acumulan el grueso de las empresas de videojuegos en España. Entre las tres representan el 63% del tejido empresarial vinculado a la industria de videojuegos.
Distribución territorial de las empresas de videojuegos en España
4,2 % 0,5 % 7,8 % 2,6 % 0,5 % 1 % 24,5 % 2 % 4,2 %
25 %
1 % 13,5 % 0,5 % 1 %
0,5 %
8,9 %
2 %
Fuente: Libro Blanco del Desarrollo de los Videojuegos 2015
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Cabe destacar que Comunidad Valenciana ha sido la región de mayor crecimiento en el último año, lo que pone de manifiesto la consolidación de su potencial de crecimiento en relación con la industria de videojuegos.
La industria de los videojuegos es un sector altamente creativo. La mayor parte de empresas se dedican al desarrollo y creación de sus propios videojuegos (82%). Es destacable que muchas empresas desarrollan videojuegos para terceros (56%), mientras que un 24% realiza labores de edición de videojuegos (publishers).
Distribución de empresas por actividades (% de empresas)
100% 82% 80%
60% 56%
40% 24% 18% 17% 15% 15% 20% 8% 0%
Fuente: Libro Blanco del Desarrollo de los Videojuegos 2015
En términos de financiación, el 93% del capital de las empresas de videojuegos tiene origen nacional. Se trata, por tanto, de una de las asignaturas pendientes por parte de la industria: se puede seguir trabajando para conseguir atraer a nuestro país capital extranjero que invierta en el sector español de videojuegos.
Distribución del capital por procedencia (%)
7%
93%
Capital Extranjero Capital nacional
Fuente: Libro Blanco del Desarrollo de los Videojuegos 2015
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El formato digital sigue consolidándose como el modelo que más facturación genera en España. Cerca del 90% de la facturación procedente de la venta de videojuegos se genera por los distintos canales digitales.
Distribución de la facturación por modelos de distribución (% de la facturación global)
Online 89% Física 11%
Fuente: Libro Blanco del Desarrollo de los Videojuegos 2015
La industria española del videojuego facturó 413 millones de euros en 2014. Se estima que la facturación crecerá hasta el año 2018 a una tasa anual compuesta del 24,7%, alcanzando cerca de mil millones de euros.
Estimación de crecimiento de la facturación del sector (en millones de €)
Fuente: Libro Blanco del Desarrollo de los Videojuegos 2015
La industria española se caracteriza por su carácter exportador, con un peso del 56% de la facturación total. Europa, con un 24%, y Norteamérica, con el 20%, representan los principales mercados internacionales. El mercado asiático, con el 7%, y LATAM, con el 4%, representan nichos de grandes oportunidades de crecimiento.
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Distribución de la facturación de las empresas españolas de videojuegos por regiones
24% 44% 1% 7%
20% 4% España Latino América
Norte América Asia- Pacífico
Oriente Medio y África Europa
Fuente: Libro Blanco del Desarrollo de los Videojuegos 2015
Desde el punto de vista tributario, se calcula que el sector de los videojuegos contribuyó en 2014 al conjunto de la economía del país con un total de 42 millones de euros en impuestos, tanto directos (derivados del IRPF y el impuesto de sociedades), como indirectos (vinculados principalmente al IVA).
La industria de los videojuegos es claramente un sector generador de empleo. Ha sido uno de los pocos sectores que ha logrado generar empleo en nuestro país en los últimos años. En 2014 ha visto incrementado el número de empleos en un 28%, alcanzando los 6.632, de los cuales 3.376 son directos. Las previsiones para los próximos años son muy positivas, con incrementos de empleo destacados (un 20,9% de tasa compuesta anual).
Evolución prevista del empleo del sector de videojuegos en España
Fuente: Libro Blanco del Desarrollo de los Videojuegos 2015
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Una característica relevante del empleo generado por el sector es su elevada tasa de estabilidad, dado que el 60 % de los contratos tiene carácter indefinido. Casi la mitad de los empleados de manera directa tiene menos de 30 años, y prácticamente la totalidad tiene menos de 45, lo cual confirma que se trata de un colectivo profesional joven y con proyección de futuro. Otro de los factores destacables es la fuerte cualificación de sus profesionales, donde un 67% disponen de estudios superiores.
Los principales perfiles demandados son relativos al arte y la animación, el diseño y el desarrollo de software. Cabe destacar la dificultad que tienen las empresas para encontrar perfiles adecuados en el mercado laboral español. Sin embargo, la progresiva implantación de formación especializada está contribuyendo a mitigar este problema, pasando del 63% en 2013 al 56% en 2014 el porcentaje de empresas con dificultades para encontrar los perfiles demandados. En este sentido, destaca la formación especializada en desarrollo de software, arte, diseño, animación y los aspectos relacionados con el negocio (gestión de proyectos, marketing y distribución).
Perfiles profesionales del sector de videojuegos en España
7% 11% 9%
11% 20%
8% 34%
Game Design Arte Animacion Desarrollo de Software Gestion de Proyectos Marketing y Distribucion Otros
Fuente: Libro Blanco del Desarrollo de los Videojuegos 2015
En relación al empleo que el sector estima generar, los perfiles relacionados con el desarrollo de software continuarán teniendo la mayor demanda, seguido por el arte y la animación. La demanda de estos dos últimos perfiles superará por primera vez al de desarrollo de software.
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1.1.2 Situación actual a nivel europeo
Europa es una de las regiones del mundo con mayor peso en la industria global de videojuegos, con una facturación total de más de 15.000 millones de dólares en 2014. Francia, Alemania, Reino Unido y España son los principales mercados europeos en cuanto a consumo de videojuegos.
En volumen de jugadores, Europa se sitúa como tercer mercado a nivel mundial. Sus más de 180 millones de videojugadores activos la posicionan por debajo de EEUU y muy próxima a China.
La gran mayoría de los gamers juegan de forma online, un aspecto cada vez más importante para los estudios a la hora de tomar decisiones sobre la modalidad de videojuegos a desarrollar.
Alcance de los videojuegos en los principales países europeos (% de población)
40%
30%
20%
10%
0% Formato Físico Online Apps España Francia Alemania Reino Unido
Fuente: Libro Blanco del Desarrollo de los Videojuegos 2015
En términos de ingresos, el formato físico sigue siendo el principal soporte en países como España, Francia y Reino Unido. En Alemania, sin embargo, la mayor parte de los ingresos por videojuegos proceden del formato online.
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Francia es el principal motor europeo de la industria, con más de 3.600 millones de euros de facturación, seguida por Finlandia con 1.800 millones y Reino Unido con 1.200 millones.
La Industria Europea de Desarrollo de Videojuegos
País Estudios Facturación Implantados (millones de €) Alemania 275 S/D
Francia 250 3.677
Finlandia S/D 1.800
Uk 260 1.200
Suecia 170 752
España 400 413
Dinamarca 145 80
Noruega 73 S/D
Fuente: Libro Blanco del Desarrollo de los Videojuegos 2015
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1.1.3 Situación actual a nivel internacional
El sector del videojuego es la industria tecnológica con mayor potencial de crecimiento. Este potencial se debe al desarrollo de los canales de venta online, la multiplicación de las aplicaciones del videojuego, el impulso de la banda ancha y la conectividad a nivel mundial, y los nuevos modelos de negocio. Los mercados emergentes están comenzando a desempeñar un papel destacado en la industria.
Cuota de mercado de videojuegos por regiones
24%
45% 4%
27%
Asia- Pacífico Norteamérica América Latina Europa- África-Oriente Medio
Fuente: Libro Blanco del Desarrollo de los Videojuegos 2015
En cuanto al tipo de pantalla en la que se consumen los videojuegos, se observan las siguientes conclusiones:
Los videojuegos de PC son los que generan los mayores ingresos, con 27.600 millones de dólares en 2013, equivalentes a una cuota de mercado del 39%.
La pantalla de la televisión cuenta con un 36% de cuota de mercado (25.400 millones de dólares).
Las tabletas ocupan la tercera posición con un 13%, con un crecimiento respecto a 2012 del 78%.
Por último, el smartphone muestra un crecimiento del 22% respecto a 2012, con un 12% de cuota de mercado (8.500 millones de dólares)
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Cuota de mercado del videojuego por tipo de pantalla
13%
36%
39%
12%
Pantalla TV Pantalla movil Pantalla Pc Tablet
Fuente: Libro Blanco del Desarrollo de los Videojuegos 2014
En EEUU, cabe destacar el caso de Canadá, que acumula la mayor parte de los estudios más potentes de Norteamérica. Esta tendencia, que se ha mantenido durante los últimos años, se apoya en tres factores principalmente:
Atracción, desarrollo y retención del talento. Muchos de los videojuegos más representativos de los últimos años se han desarrollado en Canadá.
Formación de profesionales de gran talento, gracias a programas educativos que ha incorporado la formación en tecnologías y habilidades necesarias para la industria de videojuegos.
Apoyo institucional por parte de las Administraciones Públicas canadienses, en forma de incentivos fiscales y otras políticas para lograr atraer compañías del sector de videojuegos.
En el contexto internacional, Asia – Pacífico constituye el mercado de videojuegos más importante a nivel mundial, con unos ingresos superiores a 36.000 millones de dólares. En esta línea, 13 de las 15 compañías de videojuegos que salieron a bolsa durante los últimos años eran originarias de Japón, China o Corea del Sur.
Desde el punto de vista de los videojugadores a nivel mundial, los gráficos no son el primer factor de relevancia para los usuarios, sino la historia del juego, el precio y las recomendaciones de otros jugadores.
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Factores más importantes para los compradores de videojuegos
Valor educativo Historia Interesante 2%2% 5% 3% Precio 8% Otros 22% Calidad de los graficos 4% Apariencia del envase Permite varios jugadores en un solo lugar Publicidad 11% Boca a boca Capacidad de juego Online 1% Producto conocido 4% 15% Producto reseñado en revistas y paginas de videojuegos 4% Reputacion del desarrollador de software 7% 2% Edad adecuada para jugar Continuacion de una saga de juego
Fuente: Entertainment Software Association
Analizando las principales compañías desarrolladoras de videojuegos, la compañía china Tencent es el líder mundial en volumen de ingresos. La compañía china ha incrementado sus ingresos en un 37% entre 2013 y 2014, seguida por Sony (con un aumento del 27%), y Microsoft (crecimiento del 3%). El crecimiento más pronunciado los experimentó Google (89%).
Ingresos de las 10 principales empresas de videojuegos (miles de millones de dólares)
8
6
4
2
0
2013 2014
Fuente: Newzoo
Las primeras 25 empresas generaron el 65% de los ingresos por videojuegos a nivel mundial, estimado en 83.600 millones de dólares en 2014, y que alcanzará en 2018 los 113.300 millones de dólares.
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1.2 Tendencias en la industria de videojuegos En la actualidad se observan tres grandes tendencias en la industria de los videojuegos: los serious games, la gamificación y la realidad virtual.
Implementación de las tendencias
Fuente: Libro Blanco del Desarrollo de los Videojuegos 2015
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1.2.1 Serious Games
Se entiende por Serious Games aquellos videojuegos que se utilizan con un fin distinto al entretenimiento. Se trata de un modelo de colaboración entre la industria de videojuegos y otros sectores que pueden aprovechar sus beneficios, como con la educación, la defensa, la medicina y la salud, entre otros.
Los serious games han experimentado un crecimiento medio anual estimado del 16,38 % entre 2015 y 2020, con una previsión de alcanzar los 5.448 millones de dólares en 2020.
Son muchas las compañías de referencia en el entorno tecnológico que se están incorporando al desarrollo y aplicación de serious games. Entre ellas se encuentran Microsoft, IBM, o Cisco Systems Inc.
El hecho de complementar un software educativo con videojuegos permite alcanzar mejores resultados en términos de formación. Entre los beneficios adicionales alcanzados al aplicar serious games se incluyen:
Mayor autoconfianza. Ejemplo de Serious Game
Mejor conocimiento conceptual.
Mayor retención de los contenidos aprendidos.
Mejor conocimiento práctico.
Aumento de tareas completas.
Los serious games cuentan con un amplio potencial de Fuente: Forrester crecimiento. Para el año 2016, se estima que el mercado global de serious games superará los 2.500 millones de dólares a nivel mundial. Las previsiones de crecimiento para los próximos cinco años se sitúan por encima del 15%, acumulándose el grueso de dicho incremento en Europa Occidental y Latinoamérica.
Tasa de crecimiento de serious games (2011-2016)
40% 32% 30% 24% 20% 20% 16% 16% 12% 8% 10%
0%
Fuente: Libro Blanco del Desarrollo de los Videojuegos 2015
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1.2.2 Gamificación
La Gamificación es una técnica que hace uso de mecánicas de juegos en entornos y aplicaciones no lúdicas. El objetivo es potenciar elementos como la motivación, la concentración, el esfuerzo, la fidelización y otros valores positivos comunes a todos los juegos.
Gartner posiciona la gamificación como una de las tecnologías con mayor expectación y esperanza durante los próximos cinco años. Se espera que en 2018 las técnicas de gamificación sean un elemento imprescindible en todos los sistemas de fidelización.
Entre los sectores que adoptarán a corto plazo la gamificación se encuentran las artes, el entretenimiento, la educación, y la información y comunicación. A ellos se unirán otros sectores como el comercio, el alojamiento, los servicios de comida y restauración, o la construcción.
Los tres beneficios principales que supone la aplicación de las gamificación al entorno empresarial son los siguientes:
Aumenta la motivación y participación del usuario.
Aumenta el grado de fidelización de la marca.
Mejora el nivel de reconocimiento de la marca.
Markets and Markets calcula que la facturación global de los sistemas de gamificación superó en 2013 los 421 millones de dólares. Se estima que esta cifra siga aumentando hasta alcanzar en el año 2018 los 5.500 millones de dólares (lo que representa una tasa anual de crecimiento por encima del 67%).
Uno de los ámbitos en el que más se está extendiendo el uso de técnicas de gamificación es en la formación. En este contexto, la aplicación de técnicas y herramientas propias de los juegos puede contribuir de forma muy eficaz a hacer que determinadas actividades no lúdicas (como por ejemplo la formación) se hagan más dinámicas y participativas para el usuario que las desarrolla.
No obstante, y a diferencia de los serious games (centrados casi exclusivamente en el aprendizaje y entrenamiento), la gamificación representa un concepto mucho más amplio, y tiene aplicación en todos aquellos entornos y situaciones en los que sea necesario incrementar el nivel de motivación, involucración y participación por parte de una comunidad de usuarios.
Un caso de éxito es la gamificación en la banca electrónica, con experiencias como BBVA Game, juego que ha sido premiado y reconocido mundialmente como uno de los mejores casos de éxito en gamificación.
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La gamificación mejora la atracción del público, la absorción del conocimiento y la realización posterior del desempeño (al aplicar en la vida real los conocimientos y habilidades adquiridos). Todo ello se pone de manifiesto a través de las siguientes cifras:
Si se aplican las técnicas de gamificación, se consigue que el 80% de los estudiantes sean más productivos.
En torno al 75% de las personas son jugadores, por lo que reconocen y manejan los principios y técnicas características de los juegos.
El 60% de las personas mostraría niveles mayores de motivación al verse reflejado en un ranking que le permita compararse con otros usuarios.
Casi el 90% de las personas manifiesta que tendría un nivel mayor de implicación en los cursos de e- learning si éste contara con un sistema de puntos.
Otra de las ventajas de la gamificación es que favorece lo que se conoce como “aprendizaje informal”, favoreciendo la compartición de experiencias, contenidos y habilidades por parte de los usuarios.
Es posible aprovechar muchas de las buenas prácticas de la industria de videojuegos con las que se consigue incrementar el nivel de participación del usuario, entre las que se incluyen las siguientes:
Los videojuegos establecen retos y misiones, …
…, están enfocados a lograr determinados objetivos, …
…, informan en todo momento del grado de consecución de los objetivos marcados, …
…, difunden los progresos alcanzados, …
…, ofrecen premios y recompensas al jugador, …
…, conceden importancia al posicionamiento y reconocimiento social, …
…, contribuyen a identificar aspectos a mejorar.
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1.2.3 Realidad Virtual
La Realidad Virtual es un medio informático basado en el empleo de ordenadores y otros dispositivos de entrada/salida, cuyo fin es producir una apariencia de realidad e inmersión que permita al usuario tener la sensación de estar presente en un entorno virtual.
Estos dispositivos llegarán a los hogares de manera progresiva, estimándose cuotas de penetración en el mercado muy elevadas durante los próximos años. Según las previsiones, en 2018 más de 170 millones de usuarios harán uso de tecnologías y aplicaciones de realidad virtual, con unos ingresos de más de 9.300 millones de dólares.
Mercado global de la realidad virtual (millones de dólares)
Fuente: Libro Blanco del Desarrollo de los Videojuegos 2015
Aunque se trata de conceptos que guardan cierta relación, hay que diferenciar entre realidad virtual y realidad aumentada:
La realidad virtual sumerge a los usuarios en mundos virtuales a través de un sistema completamente cerrado.
La realidad aumentada, en cambio, combina la realidad física con la virtual, reduciendo el grado de inmersión pero potenciando el realismo psicológico del usuario.
Se estima que en el año 2020 el mercado conjunto realidad virtual / realidad aumentada alcanzará los 150.000 millones de dólares a nivel mundial. Cerca del Ejemplo de juego de realidad virtual: Dreadhalls 45% de los ingresos de la realidad virtual serán generados por los videojuegos. Además, en 2018 cerca del 20% de los jugadores dispondrán de un dispositivo de realidad virtual.
Con la existencia de prototipos de realidad virtual, ya existen juegos de terror o aventura gráfica por y para la realidad virtual, como puede ser Dreadhalls. Fuente: Dreadhalls
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1.3 La Inteligencia Artificial aplicada a videojuegos En los últimos diez años, la Inteligencia Artificial (IA) aplicada a videojuegos ha experimentado importantes avances, fruto de la labor de investigación desarrollada. Actualmente, las diez áreas de investigación más relevantes incluidas bajo el paraguas de la inteligencia artificial aplicada a videojuegos son las siguientes:
1. Aprendizaje de comportamientos en personajes no jugador (conocidos en inglés por sus siglas, NPC, “Non-Player Character”). 2. Búsqueda y planificación. 3. Modelado del jugador. 4. Juegos como puntos de referencia de inteligencia artificial. 5. Generación de contenidos por procedimientos (“Procedural Content Generation”, PCG). 6. Narrativa computacional. 7. Agentes creíbles. 8. Diseño de juegos asistidos por inteligencia artificial. 9. Inteligencia artificial general del juego. 10. Inteligencia artificial en juegos comerciales.
Históricamente, la Inteligencia Artificial se ha asociado con los métodos basados en la lógica tales como el razonamiento y la planificación, y la Inteligencia Computacional se ha asociado con los métodos de inspiración biológica, tales como las redes neuronales y la computación evolutiva. Sin embargo, existe solape y fuertes similitudes entre estos campos de investigación. La mayoría de los métodos propuestos en ambos campos tienen como objetivo hacer que los ordenadores realicen tareas que en algún momento requieren de inteligencia para llevarlas a cabo.
La investigación en inteligencia artificial aplicada a videojuegos se puede orientar hacia tres perspectivas distintas:
El ordenador, es decir, el propio videojuego. En este caso, se pueden emplear hasta seis áreas de metodología clave, que incluyen la computación evolutiva, el aprendizaje por refuerzo, el aprendizaje supervisado, el aprendizaje sin supervisión, la planificación y la búsqueda. o La computación evolutiva se refiere a los métodos estocásticos de optimización global basados en poblaciones de individuos, como por ejemplo los algoritmos genéticos. o El aprendizaje por refuerzo se refiere a los métodos que resuelven problemas, donde una secuencia de acciones se asocia con recompensas positivas o negativas, pero no con un valor objetivo. o El aprendizaje supervisado se refiere al aprendizaje de un modelo que asigna al conjunto de datos, valores objetivo. o El aprendizaje no supervisado se refiere a algoritmos que encuentran patrones en los conjuntos de datos, sin que éstos tengan asignados valores objetivo.
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o La planificación se refiere a cualquier método que construye planes, es decir, caminos de un estado inicial a un estado final. o La búsqueda se refiere a los métodos que buscan el espacio de las acciones futuras y construyen árboles de posibles secuencias de acción. El humano, es decir, el usuario final del videojuego. Desde esta perspectiva, la inteligencia artificial dentro de los juegos permite modelar, generar o evaluar contenidos y comportamientos para los distintos usuarios que interactúan con el videojuego (ya sea el diseñador del videojuego, el jugador, el investigador de inteligencia artificial, el productor o el editor del mismo). Por ejemplo, una red neuronal artificial puede modelar un patrón de juego, un algoritmo genético puede generar elementos del juego y las herramientas de inteligencia artificial se pueden utilizar para evaluar cualquier elemento que se modele o genere de forma automática. La interacción entre el usuario y el videojuego. Bajo esta perspectiva, y teniendo en cuenta las diez áreas de investigación en inteligencia artificial indicadas anteriormente, el área de modelado del jugador es la que tiene un impacto mayor y más directo en la experiencia del jugador, ya que es la única vinculada directamente con la interacción del jugador con el videojuego. Las áreas de investigación relacionadas con la búsqueda y planificación influyen en la historia del juego y por lo tanto de manera indirecta en la experiencia del jugador. La generación de contenidos por procedimientos (PCG) también influye sobre el jugador, ya que en mayor o menor medida todos los videojuegos cuentan con alguna forma de representación de distintos entornos y ambientes. Los agentes creíbles y el aprendizaje de comportamientos por parte de “personajes no jugador” (NPC) afectan sólo en aquellos juegos que incluyen agentes o NPC, mientras que la narrativa computacional tiene influencia en la experiencia del jugador siempre que el juego incorpore algún tipo de narrativa o historia.
A continuación se describe de forma resumida cada una de las diez áreas de investigación, analizando qué relaciones directas se establecen entre ellas.
1. Aprendizaje de comportamientos en personajes no jugador (NPC)
La investigación en este campo se centra en el uso de técnicas de refuerzo de aprendizaje que se aplican para aprender a jugar. Esta área de investigación afecta a seis de los ámbitos restantes:
• Modelado del jugador.
• Juegos como puntos de referencia de inteligencia artificial.
• Generación de contenidos por procedimientos.
• Agentes creíbles.
• Diseño de juegos asistido por inteligencia artificial.
• Inteligencia artificial general del juego.
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2. Búsqueda y planificación
La búsqueda es uno de los fundamentos de la informática ya que muchos de sus algoritmos básicos son algoritmos de búsqueda. En los videojuegos hay dos tipos de búsqueda que son especialmente importantes: la búsqueda de tipo “best-first”, que es ampliamente utilizada para la búsqueda de caminos, y la búsqueda en árbol, que define el algoritmo estándar para la reproducción de juegos de mesa.
La planificación es una aplicación de los algoritmos de búsqueda en el espacio de estados: un algoritmo de planificación busca el camino más corto de un estado a otro. Como tal, la planificación es una técnica importante para resolver muchas tareas de un juego y se ha utilizado tanto para controlar el comportamiento de “personajes no jugador” (NPC) como para la creación y gestión de las narrativas.
Esta área de investigación afecta principalmente a los siguientes ámbitos:
• Aprendizaje de comportamientos en personajes no jugador (NPC).
• Juegos como puntos de referencia de inteligencia artificial.
• Generación de contenido por procedimientos.
• Narrativa computacional.
• Agentes creíbles.
• Inteligencia artificial en juegos comerciales.
• Inteligencia artificial general del juego.
3. Modelado del jugador
En el modelado del jugador, se crean modelos computacionales para detectar cómo el jugador percibe y reacciona al desarrollo del juego (jugabilidad). Dichos modelos se construyen utilizando métodos de aprendizaje automático donde los datos de algún aspecto de la interacción jugador-juego se asocian con las etiquetas derivadas de la evaluación de la experiencia del jugador.
El modelado del jugador se considera una de las aplicaciones principales de la inteligencia artificial en los juegos, y afecta a cinco de los ámbitos de investigación restantes:
• Generación de contenidos por procedimientos.
• Narrativa computacional.
• Agentes creíbles.
• Diseño de juegos asistido por inteligencia artificial.
• Inteligencia artificial en juegos comerciales.
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4. Juegos como puntos de referencia de inteligencia artificial
Los puntos de referencia incorporados en los videojuegos son juegos, o partes del juego (por ejemplo, un determinado nivel) que ofrecen interfaces con sistemas de inteligencia artificial externos, como mecanismo para evaluar la calidad de dichos sistemas en términos de inteligencia artificial. El hecho de contar con buenos puntos de referencia es esencial para llevar a cabo el desarrollo de un videojuego.
Este campo de conocimiento influye directamente en siete de los ámbitos de investigación restantes:
• Aprendizaje de comportamientos en personajes no jugador (NPC).
• Búsqueda y planificación.
• Modelado del jugador.
• Generación de contenidos por procedimientos.
• Agentes creíbles.
• Inteligencia artificial general del juego.
• Inteligencia artificial en juegos comerciales.
5. Generación de contenidos por procedimientos
La Generación de Contenidos por Procedimientos (en inglés, “Procedural Content Generation”, PCG) se refiere a la creación automática o semi-automática de contenidos en los videojuegos, como por ejemplo niveles, mapas, objetos, misiones y texturas.
Mientras que la generación de contenidos por procedimientos se ha incluido en algunos juegos comerciales desde principios de los años ochenta, ha sido durante los últimos años cuando se ha producido una notable expansión de la investigación en este ámbito, aplicándose a múltiples tipos de contenido del juego, y utilizando nueva técnicas de desarrollo.
La influencia de la investigación en generación de contenidos por procedimientos es ya evidente en otras áreas clave para el desarrollo de un videojuego, como la creatividad computacional y el diseño de la interacción entre juego y jugador.
La generación de contenidos por procedimientos influye sobre los siguientes campos de investigación anteriormente mencionados:
• Aprendizaje de comportamientos en personajes no jugador (NPC).
• Búsqueda y planificación.
• Juegos como puntos de referencia de inteligencia artificial.
• Diseño de juegos asistido por inteligencia artificial.
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• Inteligencia artificial general del juego.
• Inteligencia artificial en juegos comerciales.
6. Narrativa computacional
El estudio de la Narrativa computacional se centra en los aspectos de representación y generación de historias que son contadas a través de un videojuego. Las historias pueden desempeñar un papel esencial en la creación de la estética de un juego, y a su vez pueden afectar a aspectos relacionados con la experiencia del jugador.
La Narrativa computacional influye sobre tres de los ámbitos de investigación indicados anteriormente:
• Generación de contenidos por procedimientos.
• Agentes creíbles.
• Inteligencia artificial en juegos comerciales.
7. Agentes creíbles
La investigación sobre agentes creíbles es clave para los juegos que incorporan personajes no jugadores (NPC). Este ámbito de investigación implica el estudio de la credibilidad y los mecanismos para la construcción de arquitecturas de agentes que tengan características creíbles o parecidas a las de los humanos.
El desarrollo de agentes creíbles tiene influencia directa sobre cuatro ámbitos de investigación:
• Modelado del jugador.
• Juegos como puntos de referencia de inteligencia artificial.
• Narrativa computacional.
• Inteligencia artificial en juegos comerciales.
8. Diseño de juegos asistidos por inteligencia artificial
El Diseño de juegos asistido por inteligencia artificial se refiere al desarrollo de herramientas de inteligencia artificial que apoyan los procesos de diseño y desarrollo de videojuegos. Se trata de una de las áreas de investigación más prometedoras en relación con la inteligencia artificial para el desarrollo de videojuegos.
El Diseño de juegos asistido por inteligencia artificial influye sobre los siguientes ámbitos de investigación:
• Narrativa computacional.
• Agentes creíbles.
• Generación de contenidos por procedimientos.
• Inteligencia artificial en juegos comerciales.
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9. Inteligencia artificial general del juego
Dentro de esta área de investigación se proponen y se discuten planes de trabajo, conceptos y métodos concretos encaminados a lograr el dominio general de la inteligencia artificial a nivel humano. Este campo de conocimiento incluye también el desarrollo de agentes capaces de jugar a más de un juego. Es decir, un agente inteligente sería aquél capaz de jugar correctamente a una gran variedad de juegos, tras un proceso de aprendizaje inicial.
La inteligencia artificial general del juego afecta a seis de las áreas de investigación restantes:
• Aprendizaje de comportamientos en personajes no jugador (NPC).
• Búsqueda y planificación.
• Modelado del jugador.
• Juegos como puntos de referencia de inteligencia artificial.
• Generación de contenidos por procedimientos.
• Diseño de juegos asistido por inteligencia artificial.
10. Inteligencia artificial en juegos comerciales
La investigación académica sobre inteligencia artificial y la aplicación de inteligencia artificial en juegos comerciales se centran en resolver problemas distintos: los investigadores académicos quieren soluciones generales a los problemas genéricos, mientras que los desarrolladores comerciales quieren algo que funcione razonablemente bien y genera una buena impresión para el jugador en un contexto determinado. Sin embargo, en muchos casos la aplicación de inteligencia artificial a juegos comerciales ha servido como inspiración para iniciar trabajos de investigación sobre inteligencia artificial en nuevas áreas de conocimiento.
Este campo de investigación afecta a cuatro áreas relacionadas con la inteligencia artificial en videojuegos:
• Aprendizaje de comportamientos en personajes no jugador (NPC).
• Búsqueda y planificación.
• Modelado del jugador.
• Generación de contenidos por procedimientos.
Relaciones entre ámbitos de investigación
Como se ha indicado anteriormente al describir cada una de las diez áreas de investigación relacionadas con la Inteligencia Artificial en videojuegos, todas ellas están muy interconectadas, estableciéndose relaciones entre los conocimientos objeto de análisis por cada una de ellas.
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Las elevadas interacciones y relaciones entre los ámbitos de investigación vinculados a la inteligencia artificial en videojuegos se recogen, a modo de resumen, en el siguiente esquema:
La investigación en inteligencia artificial aplicada a videojuegos: 10 áreas de conocimiento intensamente interconectadas
Relaciones de influencia directa entre ámbitos de conocimiento 1 1 Aprendizaje de Aprendizaje de comportamientos en NPC comportamientos en NPC
2 2 Búsqueda y planificación Búsqueda y planificación
3 3 Modelado del jugador Modelado del jugador
4 4 Juegos como puntos de Juegos como puntos de referencia de IA referencia de IA
5 5 Generación de Generación de contenidos por contenidos por procedimientos (PCG) procedimientos (PCG)
6 6 Narrativa computacional Narrativa computacional
7 7 Agentes creíbles Agentes creíbles
8 8 Diseño de juegos asistido Diseño de juegos asistido por IA por IA
9 9 IA general del juego IA general del juego
10 10 IA en juegos comerciales IA en juegos comerciales
Fuente: Elaboración propia a partir de “A Panorama of Artificial and Computational Intelligence in Games”, Georgios N. Yannakakis y Julian Togelius
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1.4 La Generación Automática de Contenidos por Procedimientos
1.4.1 Caracterización general de la generación de contenidos por procedimientos
La Generación Automática de Contenidos por Procedimientos (“Procedural Content Generation”, en adelante PCG) es un tipo de Inteligencia Artificial que hace referencia a la generación de contenidos a través de algoritmos, fundamentalmente para el sector de los videojuegos. Consiste en una serie de técnicas, algoritmos y procedimientos utilizados para generar contenidos de forma automática, en lugar de manual.
Como se ha visto en el apartado anterior, se trata de uno de los ámbitos de investigación con mayor potencial dentro de la aplicación de la Inteligencia Artificial (IA) al desarrollo de videojuegos.
Hasta hace unos años, el presupuesto de los videojuegos se dedicaba en gran medida a aspectos visuales y gráficos. En la actualidad, cada vez es más complicado y costoso mejorar estos aspectos, dado que la arquitectura de las tarjetas gráficas y otros aspectos del hardware se han estancado, promoviendo la mejora de otros elementos.
Teniendo en cuenta estas limitaciones, han surgido nuevas técnicas de Inteligencia Artificial más avanzadas, como puede ser la generación automática de contenidos por procedimientos, constituyendo uno de los retos actuales de la industria de los videojuegos.
En general, las empresas tienen plazos muy ajustados para el desarrollo de los videojuegos, no pudiendo dedicarle el tiempo suficiente a la investigación de las técnicas de generación de contenidos por procedimientos. Por ello, los profesionales expertos en este ámbito suelen ser doctores en Inteligencia Artificial localizados en grupos de investigación de las universidades. Los investigadores de referencia en este ámbito a nivel mundial son Julian Togelius y Georgius N. Yannakakis.
Los principales beneficios de las técnicas de generación de contenidos por procedimientos son los siguientes:
• Reduce los costes en el desarrollo del videojuego, al reducirse la necesidad de tener un diseñador que genere todo el contenido (sin las técnicas de generación de contenidos por procedimientos, aproximadamente el 60% del presupuesto es para el diseño del mismo).
• Las técnicas de generación de contenidos por procedimientos integradas en herramientas de diseño inteligente contribuyen a potenciar la creatividad de los diseñadores.
• Las técnicas de generación de contenidos por procedimientos permiten desarrollar nuevos tipos de juegos, e incluso generar contenidos a la vez que se juega.
• El contenido se adapta a los gustos y necesidades del jugador. Con la generación de contenidos por procedimientos se pueden crear juegos totalmente adaptados a los usuarios, de manera que se maximice la experiencia del jugador.
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La generación de contenidos por procedimientos es posible debido a que muchas de las cosas que nos rodean, tanto las que provienen de la naturaleza como las que han sido creadas por el hombre, tienen propiedades simétricas que pueden ser descritas de forma matemática. La geometría es otra rama de la ciencia que nos permite describir la naturaleza.
Fruto de la investigación desarrollada durante los últimos 20 años, se han logrado importantes avances en la aplicación de la generación de contenidos por procedimientos al desarrollo de videojuegos. Como ejemplos ilustrativos, pueden mencionarse dos ejemplos que supusieron un hito en el momento de su lanzamiento al mercado:
• El videojuego kkrieger, un juego de tipo FPS (“First Person Shooter”) lanzado comercialmente para plataforma PC en 2004. El juego utilizaba las técnicas de generación de contenidos por procedimientos para la creación de texturas, niveles, audio, animaciones y modelos de personaje.
Lo más destacable de este juego, además del realismo de los resultados obtenidos mediante la generación de contenidos por procedimientos, es que sólo ocupaba 96 KB de espacio en disco duro, a cambio de utilizar de forma más intensa la CPU para lograr el realismo de los gráficos. Este hecho es especialmente notable, teniendo en cuenta que hoy en día la mayor parte de videojuegos en los que se aplica la generación de contenidos por procedimientos ocupan más de 2 GB.
• SpeedTree, un “middleware” diseñado para generar árboles y que fue uno de los primeros productos desarrollados por una compañía enfocada casi exclusivamente en la generación de contenidos por procedimientos. Este producto se incluyó en un paquete de software, disponible para PC, Xbox360 y PlayStation 3.
SpeedTree se utilizó en Dark Age of Camelot y en las versiones 2 y 3 del motor de desarrollo de juegos Unreal Engine.
Ejemplos de aplicación de técnicas de generación de contenidos por procedimientos
El juego .kkrieger El “middleware” SpeedTree, aplicado en Unreal Engine
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Cabe destacar que la aplicación de técnicas de generación de contenidos por procedimientos no es exclusiva del desarrollo de videojuegos. Su utilización se ha extendido a otros sectores como la animación y el entretenimiento.
Las propiedades deseables o requeridas son diferentes para cada aplicación de la generación de contenidos por procedimientos. A continuación se indica una listado con algunas de las propiedades comunes que debería cumplir un sistema de generación de contenidos por procedimientos:
• Velocidad: los requisitos para la velocidad varían ampliamente, desde un tiempo máximo de generación de milisegundos a meses, dependiendo de si la generación de contenidos se realiza durante el juego o durante el desarrollo del mismo.
• Fiabilidad: Algunos algoritmos y motores de desarrollo basados en la generación de contenidos por procedimientos son capaces de garantizar que el contenido que generan efectivamente satisface unos criterios de calidad establecidos. Esta característica puede tener mayor o menor relevancia en función del tipo de contenido que se esté generando.
• Control: Con frecuencia hay necesidad de controlar, en cierta medida, algunos aspectos del contenido que se genera.
• Expresividad y diversidad: A menudo se requiere que el sistema de generación de contenidos por procedimientos sea capaz de generar un conjunto diverso de contenidos que no canse al usuario y mantenga su nivel de interés por el contenido del videojuego. La expresividad no es un tema trivial, y el diseño de generadores de contenidos basados en técnicas de generación de contenidos por procedimientos que puedan generar contenidos diversos, sin comprometer la calidad, se considera un aspecto relevante.
• Creatividad y credibilidad: Se ha comprobado que, en la mayoría de los casos, al jugador no le suele gustar el contenido diseñado por un generador automático de contenidos. Sin embargo, hay diversas formas de generar contenido que parezca creado por un diseñador.
Finalmente, se presentan en el siguiente diagrama algunos de los hitos más relevantes de la aplicación de la generación de contenidos por procedimientos a la industria de los videojuegos, desde sus orígenes en 1980:
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Historia de la aplicación de la generación de contenidos por procedimientos a los videojuegos: hitos clave (1)
La PCG comenzó a aplicarse a los videojuegos como mecanismo para comprimir los datos.
“Akalabeth: World of Doom” fue uno de los primeros juegos en los que se aplicó la PCG para crear mundos del mismo
“Rogue” dio origen a un nuevo género de videojuegos (los denominados “roguelikes”).
Se trata de uno de los principales géneros de videojuegos en los que se aplica la PCG en la era moderna de los videojuegos.
“The Sentinel” contaba con 10.000 niveles diferentes, almacenados en tan solo 48 o 64 KB.
“Elite” aplica la PCG para generar un universo de 8 galaxias, cada una de las cuales con 256 sistemas solares. Un sistema solar tiene entre 1 y 12 planetas, con características propias.
Todo el juego se almacena en 32 KB.
“Elite Dangerous”, la nueva versión de “Elite” lanzada al mercado en 2014, ha generado una réplica exacta (escala 1:1) de la Vía Láctea, con más de 400 billones de sistemas estelares.
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Historia de la aplicación de la generación de contenidos por procedimientos a los videojuegos: hitos clave (2)
Con la llegada del CD, los desarrolladores dejaron de tener limitaciones de espacio para almacenar información mil veces superior a la que se podía almacenar a mitad de los años 80. Por ello, se dejaron de aplicar las técnicas de PCG para ahorrar espacio.
Hasta mediados de los años 90, la PCG se utilizaba con tres fines: 1. Automatizar las tareas de diseño de elementos del juego (como árboles, rocas, hojas, etc.). 2. Incrementar el volumen de contenidos de un juego, más allá de lo que era posible realizar manualmente. 3. Mejorar la rejugabilidad del videojuego.
“Diablo” fue uno de los primeros juegos en incorporar la PCG y el género “roguelikes” en la era moderna de la industria de los videojuegos.
Principales novedades de “Diablo”: - La introducción de escenarios aleatorios de tipo mazmorra. - La generación aleatoria de elementos dentro del juego.
Después de 1996 las técnicas de PCG se centraron principalmente en tres tipos de juegos:
- Juegos del espacio, como “Federation of Free Traders”, en el año 1998.
- Juegos de rol, también denominados RPG (“Role-Playing Game”), como “Dark Cloud”, en el año 2000.
- Juegos del género “roguelike”, como “Strange Adventures in Infinite Space”, en el año 2002 (en realidad un híbrido entre “roguelike” y espacial).
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Historia de la aplicación de la generación de contenidos por procedimientos a los videojuegos: hitos clave (3)
A principios de los años 2000 empezaron a comercializarse herramientas para el diseño y desarrollo de elementos siguiendo técnicas de PCG.
Por ejemplo, en 2002 se comercializa SpeedTree, para el desarrollo de árboles y otros elementos “orgánicos” (como plantas) utilizando métodos de PCG.
“Dwarf’s Fortress”, utilizaba un motor de desarrollo en el que, aplicando técnicas de PCG, podía generar los siguientes elementos: - Un juego capaz de considerar el clima, la distribución geológica de los materiales, la tectónica de placas, el viento y la erosión del agua. - Una historia completa del mundo, teniendo en cuenta su población, las distintas razas y ciudades que pueden ser creadas y destruidas. - Animales, monstruos, eventos, ciudades y muchos otros elementos.
Inspirándose en “Dwarf’s Fortress”, Markus Persson decidió desarrollar “Minecraft”.
Hoy en día, “Minecraft” es considerado el punto de partida del nuevo impulso para la aplicación de las tecnologías de PCG en la industria de videojuegos.
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1.4.2 Aplicaciones y algoritmos en generación de contenidos por procedimientos
Actualmente hay seis aplicaciones principales de las técnicas y algoritmos de la generación de contenidos por procedimientos:
• Generación aleatoria de niveles en tiempo real. Consiste en la generación de niveles / mundos del juego mientras se juega al juego, o éste está siendo cargado.
Bajo esta categoría se incluyen todas las técnicas de generación de mapas. Se trata de una de las técnicas más populares de la generación de contenidos por procedimientos en videojuegos.
Entre los ejemplos de videojuegos que utilizan este algoritmo se incluyen Elite, Minecraft, Spelunky, Diablo, etc.
Elite Dangerous Minecraft
• Diseño de contenidos en los niveles. Utilización de las técnicas de generación de contenidos por procedimientos durante la fase de diseño y construcción del videojuego. Es decir, se trata de la aplicación de las herramientas de generación de contenidos por procedimientos para ayudar al diseñador a la creación de contenidos.
Esta aplicación de la generación de contenidos por procedimientos normalmente es transparente para el jugador final y permanece oculta al mismo.
Prácticamente todos los juegos creados desde el año 2002 utilizan estas técnicas de generación de contenidos por procedimientos. Son muy comunes para la definición de “mapas de altura” mediante fractales, con los que construir escenarios y terrenos.
• Llamadas a otras entidades incluidas en el juego. Esta aplicación de la generación de contenidos por procedimientos es complementaria a la anterior (Diseño de contenidos en los niveles). En lugar de generar mundos y escenarios, esta técnica permite referenciar objetos del juego (como por ejemplo árboles, monstruos, personajes, tesoros, etc.).
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El juego Left 4 Dead es uno de los ejemplos más destacados de aplicación de esta técnica. En este caso, la generación de contenidos por procedimientos se utiliza para referenciar dinámicamente distintos enemigos en un entorno estático, para ofrecer cierta variabilidad y adaptabilidad por parte del videojuego.
Left 4 Dead utiliza las llamadas a otras entidades dentro del propio juego
• Creación de contenido apoyándose en los usuarios. En este caso, se utiliza a los propios usuarios como fuente de nuevos contenidos creados a través de la generación de contenidos por procedimientos. Esta técnica se suele combinar con otras aplicaciones de la generación de contenidos por procedimientos.
Por su parte, los usuarios pueden ajustar manualmente determinados parámetros de la generación de contenidos por procedimientos con el fin de generar contenidos personalizados, compartir su configuración con otros usuarios, etc.
Los juegos Spore, X-COM y Dryad son ejemplos de aplicación de estas técnicas de la generación de contenidos por procedimientos.
Spore X-COM
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• Sistemas dinámicos. Esta técnica de la generación de contenidos por procedimientos se aplica al comportamiento de los agentes. Por ejemplo, un sistema dinámico, como el tiempo, o el comportamiento de grupos de personas, pueden ser modelados a través de la generación de contenidos por procedimientos.
Entre los ejemplos de videojuegos que aplican sistemas dinámicos se incluye S.T.A.L.K.E.R: The Shadow of Chernobyl.
S.T.A.L.K.E.R: The Shadow of Chernobyl
• Generación de puzles e historias por procedimientos. Consiste en aplicar la generación de contenidos por procedimientos a la creación de historias y puzles. Se trata de un campo con mayor complejidad, ya que suele requerir capacidades de procesado de lenguaje natural.
Entre los ejemplos de juegos que aplican este tipo de algoritmos se encuentran Apophenia y Mount and Blade.
Apophenia Mount and Blade
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Además, actualmente se está desarrollando en gran medida la aplicación de la generación de contenidos por procedimientos a otros ámbitos innovadores. Entre ellos se incluyen los siguientes:
• Generación de contenidos por procedimientos basada en la experiencia de usuario. Consiste en utilizar la propia experiencia del jugador para crear contenidos de forma automática a través de técnicas de generación de contenidos por procedimientos.
• Generación de contenidos por procedimientos basada en métodos de búsqueda. Hace referencia a la utilización de técnicas evolutivas para producir contenidos por procedimientos que sean más controlables.
• Generación de contenidos por procedimientos para la creación de contenidos artísticos, como música, poesía, arte visual, arquitectura, etc.
• Generación de contenidos por procedimientos aplicada para mejorar la jugabilidad de un videojuego.
Con respecto a los algoritmos utilizados en la Generación Automática de Contenidos por Procedimientos, se presentan a continuación se presentan algunos de los más relevantes actualmente.
En primera instancia, los algoritmos de la generación de contenidos por procedimientos pueden englobarse en dos grandes familias:
• Algoritmos teleológicos. Son aquéllos que replican de forma exacta los modelos de la naturaleza y los procesos que en ella se siguen para la generación y desarrollo de distintos elementos. A continuación, al ejecutar la simulación, los resultados del proceso simulado deben manifestarse de forma análoga a como lo hacen en la naturaleza.
Este tipo de algoritmos se utilizan normalmente en aplicaciones offline. Bajo esta denominación se incluyen los siguientes algoritmos:
- Laberintos. Una de las formas más antiguas de generación de contenidos por procedimientos. Estos algoritmos han sido estudiados desde el punto de vista matemático durante décadas. Ejemplos de métodos para la creación automática de laberintos son el algoritmo de Prim, el algoritmo de Wilson, el “random traversal”, el de búsqueda en profundidad, etc. - Autómata celular. Consiste en un panel de células, cada una con un estado, y una regla que determina el estado al que debe evolucionar cada célula, a partir de la información de la propia célula y sus vecinas.
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- Sistema-L. Definido en 1968 por Aristid Lindenmayer, es una gramática formal (conjunto de reglas y símbolos) utilizados fundamentalmente para modelar el proceso de crecimiento de las plantas. Este algoritmo se puede aplicar también para modelar la morfología de distintos organismos. Otra de las aplicaciones de los sistemas-L es la construcción de edificios usando técnicas de generación de contenidos por procedimientos. Además, es posible aplicar sistemas-L para la generación automática de ciudades.
Sistemas-L para la generación de edificios, … …, y ciudades enteras
- Algoritmo del Diamante-Cuadrado. Se trata de una aplicación muy común del algoritmo del desplazamiento del punto medio.
Algoritmo del Diamante-Cuadrado
- Mazmorras. Existen multitud de algoritmos de generación de contenidos por procedimientos para la creación automática de mazmorras. Uno de los más conocidos es el de la Triangulación de Voronoi-Delaunay. - Música creada por algoritmos de generación de contenidos por procedimientos. Para ello se utilizan normalmente los Modelos Ocultos de Markov.
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• Algoritmos ontogenéticos. El enfoque ontogenético se apoya en la observación del resultado final del proceso en la naturaleza y pretende reproducir directamente los resultados observados mediante algoritmos concretos.
Este tipo de algoritmos se utilizan normalmente en aplicaciones online. Bajo esta denominación se incluyen los siguientes algoritmos:
- Algoritmo de la gota de lluvia. Es un método para modificar un campo de altura mediante la simulación de gotas de lluvia que caen sobre dicho campo, pasando desde los puntos más altos a los más bajos. Las gotas de lluvia se utilizan inicialmente para reducir la altura de los puntos más elevados, donde aparecen por primera vez las gotas, y luego añadir altura adicional a los puntos más bajos en los que se depositan las gotas. Esta simulación emula el proceso natural de erosión. - Propagación del fuego. Se utiliza para la difusión de llamas de fuego en entornos dinámicos. - Vida Artificial. Simula un entorno a partir de la creación de una serie de agentes dotados de vida artificial. - Dinámica de fluidos. Simulación de fluidos como el agua o la lava. Un ejemplo de este algoritmo es el que se utiliza en el software del motor de desarrollo RealFlow, creado por la compañía Next Limit Technologies.
Simulación de la mecánica de fluidos, como agua y lava, a partir del software RealFlow
- Sistemas de Reacción-Difusión. Fueron definidos en 1950 por Alan Turing para explicar la morfogénesis de los seres vivos.
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1.4.3 Taxonomía de la generación de contenidos por procedimientos
En la actualidad existe una amplia variedad en las técnicas de generación de contenidos por procedimientos, pudiéndose clasificar de la siguiente manera:
Taxonomía de la generación de contenidos por procedimientos
Online vs. offline
Necesario vs. opcional
Grado y dimensiones de control
Genérico vs. adaptativo
Estocástico vs. determinista
Constructivo vs. generar y probar
Generación automática vs. autoría mixta
• Online vs. offline. Las técnicas de generación de contenidos por procedimientos se pueden utilizar para crear contenido online, lo que permite la generación de un sinfín de variaciones y abre la posibilidad de incorporar contenidos adaptados al jugador.
El uso de generación de contenidos por procedimientos para offline es particularmente útil cuando la generación de contenido es compleja, como por ejemplo para la creación de entornos o mapas.
Un ejemplo del uso de la generación de contenidos online se puede encontrar en el juego Left 4 Dead, que proporciona una experiencia dinámica para cada jugador mediante el análisis del comportamiento de los mismos, alterando así el estado del juego gracias al uso de técnicas de generación de contenidos por procedimientos.
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NERO es un ejemplo de la utilización de técnicas de inteligencia artificial que permite a los jugadores evolucionar en tiempo real. Forza Motorsport es un juego de carreras de coches donde los personajes pueden ser entrenados sin conexión e imitar el estilo de conducción del jugador.
NERO Forza Motorsport
Otro uso importante de la generación de contenido online es la creación y distribución de contenidos. Algunos juegos como LittleBigPlanet y Spore proporcionan un editor de contenidos (editor de niveles en el caso de LittleBigPlanet y editor de criaturas en Spore) que permite a los jugadores editar y compartir criaturas o niveles a través de un servidor central en línea, donde pueden ser descargados y utilizados por otros jugadores.
LittleBigPlanet
• Necesario vs. opcional. La generación de contenidos por procedimientos se puede utilizar para generar el contenido del juego que es necesario para la realización de un nivel; o bien puede ser utilizada para generar contenido auxiliar que puede ser desechado o intercambiado por otro contenido.
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La característica principal que diferencia el contenido necesario y el opcional es que el contenido necesario debe ser siempre correcto mientras que esta condición no se cumple para el contenido opcional.
Un ejemplo de contenido opcional es la generación de diferentes tipos de armas o las recompensas en Super Mario Bros. El contenido necesario puede ser la estructura principal de los niveles en Super Mario Bros, o la obtención de ciertos artículos necesarios para pasar al siguiente nivel.
Super Mario Bros utiliza con contenidos necesarios y opcionales
• Grado y dimensiones de control. La generación de contenido por procedimientos se puede controlar de diferentes maneras: bien controlando el espacio de generación (p. ej. la creación del mundo en Minecraft que permite regenerar el mismo mundo); o bien la generación de contenidos a lo largo de una serie de dimensiones (p. ej. la generación de niveles en Mario Bros, que cumplen un conjunto de especificaciones).
• Genérico vs. adaptativo. La generación de contenidos por procedimientos puede generar contenido genérico que no tenga en cuenta el comportamiento del jugador; o bien adaptado o personalizado al mismo, a través del análisis de la interacción del jugador con el juego. Aunque la mayoría de los ejemplos que de aplicación de la generación de contenidos por procedimientos crea contenidos genéricos, las técnicas de generación de contenidos por procedimientos adaptativas están desarrollándose cada vez más. Un ejemplo de ello es el juego Left 4 Dead, en el que se utiliza un algoritmo para ajustar el ritmo de juego sobre la marcha, basándose en la intensidad emocional del jugador. En este caso, la generación de contenidos por procedimientos se utiliza para ajustar la dificultad del juego con el fin de mantener el nivel de interés del jugador (lo que se conoce, en inglés, como el “engagement” del jugador).
Left 4 Dead crea contenidos adaptados al comportamiento del jugador
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• Estocástico vs. determinista. La generación de contenidos por procedimientos determinista permite la regeneración del mismo contenido dados los mismos parámetros de punto de partida; mientras que en la generación de contenidos por procedimientos estocástica no es posible recrear el mismo contenido.
La regeneración de las galaxias en el videojuego Elite es un ejemplo de la utilización determinista de la generación de contenidos por procedimientos.
En el juego Elite, a partir del mismo punto de partida, es posible recrear los mismos contenidos en iteraciones distintas del juego
• Constructivo vs. generar y probar. En la generación de contenidos por procedimientos constructiva, el contenido se genera una vez y no se permiten modificaciones; mientras que en las técnicas de generación de contenidos por procedimientos de generar y probar, se crea un bucle de generación y prueba hasta que se alcanza una solución satisfactoria.
El juego de mesa Yavalath está basado en el paradigma de generar y probar.
• Generación automática vs. autoría mixta. El algoritmo de generación de contenidos por procedimientos puede generar contenido de manera automática; o bien puede permitir que un diseñador coopere en la generación del contenido (autoría o iniciativa mixta).
Hasta hace poco, la generación de contenidos por procedimientos permitía la interacción con los diseñadores de forma limitada, para que estos ajustaran los parámetros del algoritmo y así controlar y guiar la generación de contenidos.
Sin embargo, recientemente ha surgido un nuevo paradigma de la generación de contenidos por procedimientos que se centra en el apoyo a las tareas propias del proceso de diseño de los contenidos. Es decir, el diseñador puede cooperar con el algoritmo para generar el contenido deseado.
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Las siguientes herramientas de iniciativa mixta para el diseño asistido por ordenador ofrecen interacción y retroalimentación para el diseñador humano:
o Tanagra es una herramienta de iniciativa mixta para el diseño de niveles, que permite a un ser humano y a un ordenador trabajar juntos para producir niveles de juego: el diseñador dibuja parte de un nivel 2D, y un algoritmo genera las partes que faltan hasta completar un elemento tridimensional. El generador garantiza que todos los niveles que crea son jugables. Además de controlar las propiedades físicas del mundo, el diseñador también puede controlar las propiedades relacionadas con el ritmo del nivel.
o Sentient Sketchbook es un sistema de dibujo interactivo para la creación de niveles, mapas y paisajes, donde los diseñadores pueden editar y ajustar manualmente los resultados generados. Sketchbook apoya al diseñador probando automáticamente mapas para comprobar si pueden convertirse en un nivel jugable. La innovación de Sentient Sketchbook es la generación en tiempo real y la presentación de alternativas al usuario.
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o Ropposum es una herramienta de apoyo a los procesos de diseño de contenidos. Permite la generación y comprobación de los niveles de juego tipo puzzle. Integra las siguientes características: 1. Diseño automático de contenido. 2. Incorporación de la aportación del diseñador a través de la creación de diseños completos o parciales. 3. Búsqueda automática de jugabilidad. 4. Optimización de un determinado diseño.
El sistema consta de dos módulos principales: un marco evolutivo para la generación de contenidos y un módulo de jugabilidad para resolver los diseños propuestos.
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o Sketchaworld es una herramienta interactiva que permite a un usuario no especializado crear fácilmente y de manera eficiente un mundo virtual completo en 3D, integrando diferentes técnicas de procedimiento. Contempla las siguientes características: 1. Facilita la interacción con los diseñadores, que pueden especificar las operaciones de modelado y visualizar sus efectos directamente. 2. Construye mundos en 3D mediante el ajuste de todas las características de su entorno. 3. Soporta el modelado iterativo.
La herramienta permite la interacción con el usuario de dos maneras:
- Modo de paisaje: consiste en el diseño de mapas 2D del mundo virtual, que incluye información sobre las elevaciones y los materiales del suelo. - Modo de función: los usuarios añaden características más específicas del terreno, tales como ciudades o ríos.
Mientras que los usuarios dibujan en la parrilla 2D, visualizan directamente el mundo virtual en 3D.
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1.4.4 El enfoque basado en la búsqueda
Existen diversos enfoques para abordar la generación automática de contenidos por procedimientos. El enfoque basado en la búsqueda es el que ha sido investigado con mayor intensidad durante los últimos años.
Las técnicas de generación de contenidos por procedimientos basadas en búsquedas son algoritmos evolutivos o estocásticos que se utilizan para buscar contenido con unas cualidades deseadas. La clave consiste en buscar una buena solución para un problema dentro de un espacio de soluciones; y a través de la iteración se descartan aquellas soluciones que son perjudiciales hasta llegar a la solución deseada.
Este sistema se ha utilizado, por ejemplo, en el diseño de la saga de videojuegos “Los Sims”.
El diseño de la saga “Los Sims” se apoya en la PCG desde un enfoque basado en la búsqueda
Los componentes básicos del enfoque basado en la búsqueda son los siguientes:
• Un algoritmo de búsqueda evolutiva. Es el motor del método basado en búsquedas. Se trata de un algoritmo de búsqueda estocástica inspirado en la evolución darwiniana de selección natural.
La idea central es mantener una población de individuos, que en cada generación son evaluados, y los más aptos tienen la oportunidad de reproducirse y los menos aptos se eliminan de la población. Del mismo modo, la generación de contenidos por procedimientos basada en búsquedas consiste en una generación de unidades de estrategia sujetas a la selección de una función de evaluación que las califica.
Es importante tener en cuenta que este proceso funciona incluso cuando la población inicial consiste en individuos generados aleatoriamente que son todos muy aptos para un determinado propósito; algunos individuos serán menos valiosos que otros, y una función de evaluación bien diseñada reflejará estas diferencias.
En algunos casos se utiliza más de una función de evaluación, ya que es difícil capturar todos los aspectos de calidad de un elemento. En este caso se podría usar un algoritmo evolutivo multiobjetivo, que optimiza varios objetivos al mismo tiempo. El algoritmo evolutivo multiobjetivo más popular es el NSGA-II.
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• Una representación de contenidos. Es la representación de los objetos que se desean generar, por ejemplo niveles o misiones, y determina si la búsqueda eficaz es posible.
La representación de contenidos es un tema clave, ya que desempeña un papel esencial en la eficiencia del algoritmo de generación de contenidos. En los algoritmos evolutivos, las soluciones de generación normalmente se codifican como genotipos que se utilizan para la búsqueda y evaluación eficiente. Los genotipos se convierten más tarde en fenotipos: entidades reales que se desarrollan. Por ejemplo, en un escenario de generación de contenido, el genotipo pueden ser las instrucciones para crear un nivel de juego y el fenotipo es el nivel de juego real.
Estas representaciones producen diferentes espacios de búsqueda. Hay que destacar la relevancia de la dimensionalidad asociada con las representaciones que producen grandes espacios de búsqueda: cuanto mayor sea el espacio de búsqueda, más difícil es encontrar una determinada solución.
Otro principio útil es que la representación debe tener un alto componente de “localidad”, lo que significa que un pequeño cambio en el genotipo debe provocar un pequeño cambio en el fenotipo. La elección de la representación adecuada depende del tipo de problema que se está tratando de resolver.
• Una o más funciones de evaluación. Es una función que indica la calidad del contenido. Podría indicar, por ejemplo, la complejidad de una misión o el atractivo estético de un personaje.
La función de evaluación califica las soluciones candidatas, asignándole una puntuación a cada una de ellas. Esto es esencial para el proceso de búsqueda, ya que si no se dispone de una buena función de evaluación, el proceso evolutivo no funciona como es debido y no se encontrará buen contenido.
En general, la función de evaluación debe estar diseñada para alcanzar una calidad deseable. Su diseño y caracterización depende en gran medida del diseñador, de los aspectos que considera que deben ser optimizados y de cómo los formula. La elaboración de una función de evaluación que mida con fiabilidad la calidad del juego es una de las tareas más complejas en el desarrollo de un método de generación de contenidos por procedimientos basado en búsquedas.
Se distinguen tres clases de funciones de evaluación:
o Funciones de evaluación directas. Extraen las características a medir directamente del contenido generado y basan sus cálculos en la representación del fenotipo.
Las funciones de evaluación directas son rápidas para calcular, relativamente fáciles de implementar, pero difíciles de concebir para algunos aspectos del contenido del juego.
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Dentro de las funciones de evaluación directa, se distingue entre la teoría impulsada y las funciones basadas en datos:
. Las funciones de la teoría impulsada son guiadas por la intuición o bien se apoyan en teorías cualitativas de la experiencia del jugador, es decir, en estudios teóricos sobre la diversión en los juegos. Togelius utilizó este método para evaluar las pistas en un juego de carreras de coches.
. Las funciones controladas por datos, por el contrario, se basan en las medidas cuantitativas de la experiencia del jugador que se aproximan a la correspondencia entre el contenido presentado y los estados afectivos o cognitivos de los jugadores, recopilados a través de cuestionarios o mediciones fisiológicas. o Funciones de evaluación basadas en simulación. En este caso, la evaluación utiliza agentes de Inteligencia Artificial que valoran la calidad de los contenidos generados. Las estadísticas se calculan generalmente sobre el comportamiento de los agentes y el estilo de juego que utilizan.
La tarea de evaluación determina el área de competencia del agente; si el contenido se evalúa sobre la base de la capacidad de juego, los agentes deben ser diseñados de forma que siempre alcancen el final del juego. Por otra parte, si el contenido está optimizado para maximizar la experiencia del jugador, el agente debe imitar el comportamiento humano.
Un ejemplo que implementa agentes para la evaluación de la calidad del contenido son los controladores basados en redes neuronales que están capacitados para conducir como jugadores humanos, en un juego de carreras. Otro ejemplo de una función de evaluación basada en la simulación mide el tiempo medio de lucha de robots en un juego de disparos. Una distinción importante dentro de las funciones de evaluación basadas en simulación es la diferencia entre las funciones estáticas y dinámicas:
. Las funciones de evaluación estáticas suponen que el comportamiento del agente se mantiene durante el juego.
. Una función de evaluación dinámica, utiliza un agente que se adapta durante el juego. En dichos agentes, el valor de aptitud depende de la capacidad de aprendizaje.
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o Funciones interactivas de evaluación. Evalúan el contenido basándose en la interacción con un humano, por lo que requiere un ser humano en el circuito de valoración.
El principal inconveniente con la recolección de datos explícita es que por lo general requiere interrumpir la sesión de juego. Este método, sin embargo ofrece un estimador fiable y preciso de la experiencia de juego, a diferencia de la recopilación de datos implícita que suele ser ruidosa y basada en suposiciones.
Cada vez más, se utilizan enfoques híbridos para superar los inconvenientes de estos dos métodos de recopilación de información.
50
2 Análisis de oportunidades de negocio en la generación de contenidos por procedimientos
2.1 Tendencias en la generación automática de contenidos por procedimientos
A continuación se presentan las principales tendencias en la Generación de Contenido a través de técnicas de generación de contenidos por procedimientos (PCG):
Tendencias en generación de contenidos por procedimientos
Generación de Música
Generación de Niveles
Generación de contenido adaptado a la experiencia del jugador
Generación de narrativas e historia
Generación de paisajes, terrenos y vegetación
Generación de las reglas del juego
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2.1.1 Generación de Música
La música es un componente fundamental para una experiencia de juego satisfactoria, y un elemento fundamental de la creatividad computacional de un juego.
Los diseñadores de niveles han utilizado la música de varias formas para obtener o ampliar un estado de ánimo en ciertas partes del juego. Como la interacción en los juegos se vuelve cada vez más compleja, los estudios han intentado aumentar el papel de la música en los juegos mediante la creación de música personalizada para los diferentes jugadores.
Algunos juegos han explorado la creación automática de niveles dada una biblioteca de canciones. En estos juegos, el diseñador asigna las características de un segmento de la música al comportamiento de determinados objetos del juego. Por ejemplo, los videojuegos Audiosurf, Audioverdrive, Beat The Beat y Symphony han utilizado esta técnica.
Ejemplos de juegos de PCG basada en música
Audiosurf Audioverdrive
Beat The Beat Symphony
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En los cuatro juegos anteriores, el diseñador del mismo ha establecido una correspondencia entre los distintos géneros musicales y el comportamiento de un determinado tipo de agente, objeto o personaje dentro del videojuego.
Sin embargo, y teniendo en cuenta que las experiencias y emociones que provoca la música en una persona son subjetivas, se podría seguir trabajando en el desarrollo de contenidos que dependieran de la experiencia del jugador al escuchar un género determinado de música. Con ello se lograría desarrollar juegos con un nivel mayor de interés por parte del jugador (“engagement”).
Además, la música no sólo se está utilizando como complemento de los videojuegos sino como núcleo central de algunos juegos que han tenido enorme éxito a nivel mundial. Es el caso de los videojuegos Guitar Hero, y Pulse – Cipher Prime.
Los juegos Guitar Hero y Pulse – Cipher Prime tienen como núcleo la música
Una iniciativa a destacar es Iamus, una máquina creada en la Universidad de Málaga que compone música clásica autónomamente. La música que produce es de igual calidad que la de un compositor humano contemporáneo. Iamus tiene la capacidad de crear emociones, gracias a su función evaluadora de la emoción, un sistema que, de forma evolutiva, crea obras que los humanos interpretamos emocionalmente.
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2.1.2 Generación de Niveles
Tradicionalmente, muchos de los niveles desarrollados para videojuegos están inspirados en el concepto de mazmorra. Una mazmorra, en un juego de ordenador, es un ambiente laberíntico donde los aventureros entran en un punto, recogen tesoros, evaden o matan monstruos, rescatan a las personas nobles, caen en trampas y finalmente salen en otro punto. Esta concepción de las mazmorras se originó con el juego de mesa y de rol Dungeons and Dragons, y ha sido un elemento clave en casi todos los juegos de rol, como la Leyenda de Zelda, la serie Final Fantasy y The Elder Scrolls.
Debido a la estrecha relación con este tipo de juegos, y a las dificultades de control en su diseño, las mazmorras son un tema particularmente atractivo para la generación de contenidos por procedimientos.
Las mazmorras definen la aventura, que consiste principalmente en desafíos interrelacionados, recompensas y rompecabezas que deben ser resueltos por el jugador. Fomentan la exploración libre por parte del jugador y mantienen un estricto control sobre la experiencia de juego, la progresión y la estimulación.
Por ejemplo, los jugadores pueden elegir libremente su propio camino entre varias alternativas posibles, pero nunca encontraran desafíos que son imposibles para su nivel de habilidad. El diseño de mazmorras es, por tanto, un sofisticado ejercicio que consiste en diseñar un espacio de juego complejo en base a un juego deseado.
Los juegos de rol (RPG, “Role Playing Games”) están inspirados en el concepto de mazmorra para el desarrollo de niveles
En la mayoría de los juegos de aventura y de género rol, las mazmorras constan estructuralmente de varias habitaciones conectadas por pasillos. Más allá de la geometría y la topología, las mazmorras incluyen personajes y objetos.
La generación de mazmorras se refiere a la generación de la topología, geometría y objetos relacionados con el juego. Un método típico de generación de mazmorras consta de tres elementos:
1. Un modelo de representación: una representación abstracta simplificada que proporciona una visión sencilla de la estructura de la mazmorra final.
2. Un método para la construcción de ese modelo de representación.
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3. Un método para la creación de la geometría real de una mazmorra de su modelo de representación
Algunos ejemplos de juegos que utilizan mazmorras son los juegos clásicos como Super Mario Bros, Sonic y Spelunky. Estos juegos cuentan con espacio libre, paredes, tesoros, enemigos y trampas.
Ejemplos de juegos que utilizan el concepto de mazmorra: Sonic, Super Mario Bros y Spelunky
Sin embargo, en estos juegos, la mecánica del mismo sólo permite al jugador moverse hacia la izquierda, hacia la derecha o caer, y por lo general saltar una pequeña distancia hacia arriba. Estos métodos de mazmorras son métodos constructivos, rápidos y proporcionan un control limitado sobre sus propiedades (entendiendo por “control” el conjunto de opciones que un diseñador o programador puede orientar). Un control apropiado asegura que se creen resultados consistentes, manteniendo al mismo tiempo las propiedades deseadas.
Existen varias técnicas de generación de niveles y mazmorras:
• Partición de espacios: un algoritmo de partición de espacios produce una subdivisión de un espacio 2D o 3D en subconjuntos, de manera que cualquier punto en el espacio se encuentra exactamente en uno de estos subconjuntos (también llamados células).
Estos algoritmos a menudo operan jerárquicamente: cada celda en una partición de espacio se subdivide aplicando el mismo algoritmo de forma recursiva. Esto permite que las particiones espaciales puedan ser dispuestas en un árbol llamado espacio particionado.
Por otra parte, la estructura de datos de árbol permite consultas geométricas rápidas con respecto a cualquier punto dentro del espacio; esto hace que los árboles de partición de espacio sean particularmente importantes para los gráficos por ordenador.
El método más popular para partir el espacio es el método binario (BSP), que divide de forma recursiva un espacio en dos subconjuntos. A través de la partición binaria del espacio, el espacio puede ser representado como un árbol binario, llamado árbol BSP.
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• Generación de mazmorras basada en agentes: usan un único agente para crear habitaciones mediante una secuencia. La aparición de la mazmorra depende en gran medida del comportamiento del agente.
Cabe señalar que el impacto de los parámetros del comportamiento de la Inteligencia artificial en la apariencia de las mazmorras generadas es difícil de adivinar sin pruebas de ensayo y error. Los enfoques basados en agentes son mucho más impredecibles que los métodos de partición del espacio. Por otra parte, no hay garantía de que un enfoque basado en agentes cree mazmorras sin salas superpuestas entre sí.
• Autómatas celulares: Un autómata celular es un modelo computacional discreto. Los autómatas celulares son ampliamente estudiados en ciencias de la computación, física e incluso en algunas ramas de la biología.
Un autómata celular consiste en una cuadrícula n-dimensional, un conjunto de estados y un conjunto de reglas de transición. La mayoría de los autómatas celulares son, o bien de una sola dimensión (vectores) o de dos dimensiones (matrices).
Cada celda puede estar en un estado (de entre varios posibles). En el caso más simple, las células pueden estar encendidas o apagadas. La distribución de estados de la celda al comienzo de un experimento (en el tiempo t0) es el estado inicial del autómata celular. A partir de entonces, el autómata evoluciona en pasos discretos basados en normas. Con cada intervalo de tiempo t, cada célula decide su nuevo estado basado en el estado de sí misma y en el de todas las células de su entorno en el momento t1.
• Generación de mazmorras basada en gramáticas: las gramáticas generativas fueron concebidas originalmente como un método para describir formalmente conjuntos de frases lingüísticas.
Básicamente, este método crea frases a través de la selección de una lista finita de reglas transformacionales que incluyen palabras como símbolos. Sobre la base de las gramáticas generativas, se han desarrollado otras, como por ejemplo, las gramáticas de grafos.
Estas gramáticas utilizan otros símbolos para llevar a cabo la generación de gráficos. Las gramáticas de grafos se utilizan para generar niveles y las descripciones topológicas de los niveles. Los nodos representan las habitaciones, y los bordes, sus elementos adyacentes. Todos los detalles geométricos adicionales (por ejemplo, el tamaño de las habitaciones) están excluidos de este método.
A través de una gramática de grafo, las misiones se generan primero como un modelo de tareas secuenciales que debe llevar a cabo el jugador. Posteriormente, cada misión se abstrae a una red de nodos y bordes, que utiliza una gramática de formas para generar el espacio de juego correspondiente.
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Además de los cuatro tipos de métodos descritos anteriormente, se están desarrollando en la actualidad otras técnicas avanzadas de generación de plataformas:
• La generación de plataformas basada en ritmo. Se propone la generación de un nivel basado en la repetición de acciones por parte del usuario.
• La extensión de ocupación regulada (ORE, “Occupancy-Regulated Extension”). Genera niveles de plataformas 2D por procedimientos. Este enfoque es muy interesante porque permite completar de forma automática niveles diseñados parcialmente.
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2.1.3 Generación de contenido adaptado a la experiencia del jugador
Un juego realmente inteligente debe saber cómo juega un jugador para adaptarse a él y conseguir así ofrecerle mayor entretenimiento, brindándole una experiencia verdaderamente diferencial. El concepto de adaptación del juego, entendida como la capacidad del videojuego de adaptarse a la forma de jugar del jugador, no es nuevo.
En su forma más simple, se denomina “ajuste dinámico de la dificultad” (DDA, “dynamic difficulty adjustment”), y consiste en que la dificultad del juego varía en función de la destreza del jugador (la dificultad se incrementa si el jugador lo hace bien y viceversa). Esto se puede ver, por ejemplo, en muchos de los juegos basados en carreras de coches en los que, si el jugador es mejor que los oponentes, no los percibe como un desafío, y si el jugador está muy por detrás, pierde la esperanza de ganar; en cualquier caso, el jugador probablemente pierda el interés en el juego.
Muchos de los juegos basados en carreras de coches ajustan dinámicamente su dificultad, en función de la destreza del jugador
Mario Kart o Grand Theft Auto son ejemplos claros de aplicación de esta técnica
En muchos casos se ha conceptualizado esta idea como una forma de mantener al jugador en lo que se denomina "canal de flujo". El flujo del ámbito de la psicología que significa lograr la "experiencia óptima", el punto en el que la persona está completamente absorta en la actividad que está realizando.
El concepto de flujo ha inspirado el diseño de muchos juegos, para conseguir un nivel de “engagement” adecuado en el jugador. En los juegos de carreras, por ejemplo, se implementan a menudo estas técnicas, en los juegos de carreras haciendo que los oponentes conduzcan más rápido o más lento, para mantener la atención del videojugador en todo momento.
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Hay excepciones interesantes, como la serie de Mario Kart, que da recompensas a los jugadores que van en último lugar, con los que pueden atacar y adelantar a los jugadores que van en cabeza de carrera. Otros juegos pueden disminuir la dificultad de una sección particular del juego después de que un jugador haya fallado en numerosas ocasiones; Grand Theft Auto V permite que el jugador pase de secuencia de acción si ha fallado tres veces.
Hay varias propuestas para abordar esta cuestión de forma más automática, utilizando técnicas de Inteligencia Artificial. Hay muchos métodos posibles para la adaptación, muchos de los cuales incluyen modificar el contenido del juego o incluso generar nuevo contenido.
Para lograr esta adaptación se utiliza un procedimiento llamado experiencia impulsada. Consiste en aprender el modelo de experiencia del jugador, de tal forma que se pueden predecir algunos aspectos del mismo.
Este modelo puede utilizarse como base para una función de evaluación basada en búsquedas. El contenido del juego se refiere al entorno de juego y su impacto en la experiencia del jugador está directamente relacionado con la participación, la implicación afectiva, los componentes básicos del diseño, la mecánica de juego, la narrativa y los sistemas de recompensas. Más allá del propio entorno del juego, el contenido del juego incluye configuraciones audiovisuales tales como la iluminación, la saturación, la música y los efectos de sonido. La historia juega un papel esencial en la creación del ambiente, el estilo, el clímax y la sensación del juego. En el ámbito de la narración interactiva, la historia se utiliza como un mecanismo de adaptación que se ajusta de acuerdo con las acciones de los jugadores.
La forma más directa para anotar la experiencia de un jugador es preguntar a los propios jugadores sobre su experiencia y construir un modelo basado en esas anotaciones. La anotación subjetiva puede basarse en la respuesta libre de los jugadores o bien en los datos recopilados a través de cuestionarios. Como alternativa, los expertos u observadores externos pueden anotar la experiencia de juego de una manera similar.
El objetivo final de la generación de contenidos adaptaos a la experiencia del jugador es construir modelos con medidas de calidad de los contenidos y, en consecuencia, generar contenido personalizado.
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2.1.4 Generación de narrativas e historias
La generación de historias es diferente de la generación de otro tipo de contenidos, al tratarse éste de un tipo especial de contenido. La generación de narrativas es una de las principales tendencias en la actualidad.
Su papel en un juego depende en gran medida del género y de la mecánica del mismo. Una forma común de integración de la trama de un juego con su modo de juego, sobre todo en los juegos de aventura y juegos de rol, es la búsqueda. En una búsqueda, el jugador tiene algo que hacer en el mundo del juego (recuperar un elemento, derrotar a un monstruo, o transportar bienes a otra ciudad), lo cual suele estar motivado por la historia, y al terminar esa misión, avanzará en dicha historia.
Una de las razones por las que se incluyen las narrativas se debe a que los mundos generados pueden carecer de significado o de motivación para el jugador, a menos que estén vinculados a una historia. Otro motivo se basa en las misiones: el hecho de establecer metas que el jugador puede alcanzar si cumple determinados objetivos.
Generación de la historia a través de la planificación
Una manera de generar la historia es considerarla como un problema de planificación.
En Inteligencia Artificial, los algoritmos planificación buscan una secuencia de acciones que satisfacen una meta determinada. Una historia es una secuencia de eventos en un mundo, que finalmente conduce, a través de una cadena de acontecimientos, a su final.
Este tipo de generación de historias funciona como una especie de simulación del mundo de juego: contamos una historia a través de lo que les sucede a los personajes a medida que se mueven y realizan acciones, y al final recapitulamos los acontecimientos de lo que ha sucedido.
La generación de historias mediante la simulación de un mundo tiene algunas limitaciones, ya que no tiene en cuenta que una historia no es exactamente igual que un registro de eventos. Las historias cuidadosamente elaboradas tienen un cierto ritmo, tensión, drama, etc., mientras que una simulación no tiene estas características.
La planificación como búsqueda a través del espacio plano
La planificación puede verse como un proceso que busca entre un espacio de soluciones posibles, para encontrar una solución a un problema dado. El problema se denomina “problema de planificación” y consiste en un estado objetivo y un estado inicial. Una solución válida es un plan que permite alcanzar el estado objetivo a partir del estado inicial.
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El espacio de soluciones potenciales se puede representar de dos formas diferentes:
• Un espacio de estados. Puede representarse como un árbol, consistente en nodos y arcos, donde un nodo representa un estado y un arco representa una transición de estado. El nodo raíz del espacio representa el estado inicial cuando el algoritmo de búsqueda va hacia adelante y representa el estado objetivo cuando el algoritmo de búsqueda va hacia atrás.
• Un espacio plano. Puede representarse también como un árbol que consiste en nodos y arcos. A diferencia de un espacio de estados, el nodo raíz del árbol especifica el problema de planificación, el estado inicial y el estado objetivo. Cada nodo-hoja representa una solución completa que permite alcanzar el estado objetivo a partir del estado inicial.
Los planes generados por el algoritmo de búsqueda de espacio de estados son de tipo “orden total”. Este tipo de planes especifican el orden temporal de cada paso del plan, mientras que un plan de orden parcial se especifica solamente el orden temporal que debe cumplirse para alcanzar un objetivo. Por ejemplo, si se da el objetivo de comprar leche y pan en una tienda, en el caso de un plan de orden parcial el objetivo se cumple con independencia de cuál debe ser comprado en primer lugar. Sin embargo, en un plan de orden total, se especifica el orden exacto de estas dos acciones de compra, generándose dos planes: a) compra de leche primero y compra de pan, y b) compra de pan primero y después compra de leche.
Mientras que cada uno de los algoritmos de búsqueda descritos anteriormente (espacio de estados y espacio plano) tiene sus propias ventajas, los planificadores basados en espacio plano favorecen la creación de historias, porque sus representaciones son similares a la estructura mental que los humanos construimos al leer una historia, y sus procesos de búsqueda se parecen a la forma en que los humanos razonamos para encontrar una solución.
Modelo de Dominio
Un modelo de dominio es la biblioteca de plantillas que codifica el conocimiento sobre un dominio particular (por ejemplo, la historia de un mundo determinado).
Se han propuesto diversos lenguajes formales para describir los problemas de planificación en términos de estados, acciones y metas. Destacamos dos idiomas de planificación (STRIPS y ADL), que han sido ampliamente utilizados por los planificadores clásicos.
A modo de ejemplo, se propone la siguiente situación ilustrativa: Imaginemos que un personaje de una historia, llamado Alex, se encuentra en la azotea de un edificio. Su objetivo es llegar a la planta baja del edificio sin haber sido herido. Alex puede pensar en varios planes:
• Alex puede, por ejemplo, tomar un ascensor (Plan 1);
• Puede bajar por las escaleras (Plan 2);
• O puede saltar desde el techo (Plan 3).
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Para tomar una decisión tendrá en cuenta una serie de limitaciones, como su capacidad, las instalaciones del edificio, sus preferencias, etc. El objetivo de la planificación es encontrar una solución óptima que minimice el coste de la ejecución del plan teniendo en cuenta varias condiciones y preferencias. Por lo tanto, es importante seleccionar un lenguaje formal que exprese de la mejor forma posible el dominio del problema.
La generación simultánea de mundos e historias dentro del juego
Muchos juegos de ordenador involucran a los jugadores a través de períodos intercalados de la historia. La historia abarca las actividades que realizan los jugadores a través de una secuencia narrativa que les lleva hacia una meta. Una historia puede ser representada como un plan parcialmente ordenado de acciones que, al ejecutarse, transforman progresivamente el mundo del juego y acercan al jugador a la meta, representada por la situación objetivo.
El mundo del juego no es un mundo fijo con una serie de lugares, por lo tanto debe existir un mapa de los lugares virtuales que la historia va describiendo. Sin embargo, debido a la naturaleza de los planes de mundos generados automáticamente, no siempre es posible tener un mundo único y fijo que cumpla con todos los requisitos de la historia: pueden faltar ubicaciones, puede haber demasiados lugares irrelevantes, o ser necesaria la reordenación de ciertos lugares para hacer que la historia resulte más coherente.
El mundo del juego debe garantizar una secuencia coherente de los hechos. El problema se puede especificar de la siguiente manera: dada una lista de eventos que hacen referencia a la ubicación de los eventos, generar un mundo de juego que permita una progresión lineal de dichos eventos.
Un mundo de juego se genera en 3 etapas:
1. Se analiza el plan de la historia para obtener información de la ubicación referenciada por los acontecimientos.
2. Se genera una representación del espacio.
3. Se materializa la visualización gráfica del espacio.
Ejecución de los planes de la historia
Finalmente, una vez que se ha generado el espacio en el que se desenvolverá la historia, hay que abordar dos cuestiones adicionales:
• Poblar el mundo de personajes de tipo “no jugador” (NPC). Se trata de un proceso relativamente sencillo, en el que hay que hacer “llamadas” a instancias de los distintos “personajes no jugador” (NPC), en función del momento de la historia en el que se esté desarrollando el juego en cada momento.
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• Hacer que dichos “personajes no jugador” (NPC) representen la historia que se ha definido. Para ello, hay que hacer que los “personajes no jugador” (NPC) interactúen en función de los eventos del juego, como diálogos con el jugador principal, luchas y combates, etc.
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2.1.5 Generación de paisajes, terrenos y vegetación
Creación de terrenos
Los terrenos están presentes en todo tipo de videojuegos y suelen incluir cierta variedad, como diferentes tipos de vegetación, variaciones de elevación y altura, etc. La diferencia entre un juego y otro es la medida en que se puede interactuar directamente con el terreno y la forma en que éste afecta a la mecánica del videojuego.
Los paisajes y terrenos pueden interactuar de distinta forma con la mecánica del videojuego, …
…, en los simuladores de …, en otros juegos (como vuelo (como Flight Halo o Call of Duty) el Simulator) constituyen un terreno guía y condiciona mero paisaje, sin las posibilidades de interactuar en gran actuación del jugador medida con el jugador
El papel del terreno es proporcionar un telón de fondo y ayudar al jugador a orientarse. Por lo tanto, las características clave que debe cumplir el terreno son que sea agradable a la vista y creíble para el videojugador.
La mayoría de los aspectos del terreno pueden ser representados como dos matrices unidimensionales de números reales. La anchura y la altura de la matriz se asigna a las dimensiones X e Y de una superficie rectangular, correspondiendo el valor de cada celda a la altura en ese punto. Es lo que se denomina mapa de alturas. También es posible representar el terreno en tres dimensiones, dividiendo el espacio en voxels (cubos). Un ejemplo es el popular juego Minecraft, que utiliza grandes voxels. Los voxels permiten generar estructuras que no se pueden representar con mapas de altura, como cuevas y acantilados, y requieren mayor volumen de almacenamiento.
El juego Minecraft utiliza mapas de cubos (voxels) para representar el terreno tridimensionalmente
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Uno de los problemas de rellenar un mapa de alturas con valores aleatorios es que cada número aleatorio se genera de forma independiente, cuando en el terreno real las alturas en diferentes puntos no son independientes la una de la otra. Se puede abordar este problema generando mapas de altura aleatorios, utilizando métodos que fueron inventados originalmente para las texturas de gráficos por ordenador.
Otra forma de evitar paisajes irreales es hacer que los paisajes que se generan sean lisos. La forma más sencilla de generar paisajes suaves es generar un menor número de valores aleatorios e interpolarlos. Se determina al azar las elevaciones de cimas y valles espaciados, y luego se conectan por pendientes. Las técnicas de este tipo de generadores de terreno aleatorio interpolados sólo se diferencian en la forma en que hacen la interpolación, es decir, en cómo se forman las laderas. Un método simple de interpolación es la interpolación bilineal.
Creación del paisaje
Uno de los enfoques adoptados para la generación de paisajes se apoya en la utilización de agentes dotados de inteligencia artificial. Esta aproximación permite definir los terrenos de acuerdo con el comportamiento de los agentes.
Existen diferentes tipos de agentes que trabajan al mismo tiempo en un entorno que simula los fenómenos naturales. Los agentes están autorizados a percibir el entorno y modificarlo a su voluntad. Por su parte, los diseñadores pueden controlar el número de agentes de cada tipo y limitar su vida útil estableciendo un número predefinido de acciones que puede realizar cada agente.
Los agentes pueden modificar el medio ambiente a través de la realización de tres tareas principales:
• Línea de costa: se genera el contorno o forma del terreno.
• Forma de la tierra: se definen las características detalladas de la tierra, utilizando un gran número de agentes. Los agentes trabajan simultáneamente en el medio ambiente para establecer los detalles de las montañas y playas.
• Erosión: creación de los ríos a través de la erosión del terreno generado anteriormente.
Se definen seis tipos de agentes para desarrollar las tareas descritas anteriormente:
1. Agentes de línea de costa: estos agentes dibujan el contorno del paisaje. El mapa se coloca inicialmente bajo el nivel del mar y los agentes trabajan levantando puntos sobre el nivel del mar. El proceso comienza con un solo agente que trabaja sobre todo el mapa. Según el tamaño del mapa, este agente se multiplica mediante la creación de otros hasta que se asigne a cada agente una pequeña parte del mapa.
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2. Agentes de suavizado: una vez que la forma del paisaje ha sido definida, los agentes de suavizado actúan en el mapa para eliminar los cambios bruscos de elevación. Esto se hace mediante la creación de un número de agentes, dispersos por el mapa, que se mueven al azar y cambian las alturas de puntos arbitrarios de acuerdo con las alturas de sus vecinos. Para cada punto elegido, se asigna un nuevo valor de altura tomando las medias ponderadas de las alturas de sus cuatro puntos circundantes ortogonales y los cuatro puntos más allá de éstos.
3. Agentes de playa: después de la fase de suavizado, el paisaje está listo para la creación de playas de arena. Estos agentes recorren la costa en direcciones al azar, creando zonas de arena cerca del agua. Esta generación es controlada por los parámetros de ajuste de los agentes, entre los que se incluyen la profundidad de la zona, el número total de pasos que pueden dar, la altitud bajo la cual se permite a los agentes a trabajar y la gama de valores que pueden asignar a los puntos.
Los agentes se colocan inicialmente en una zona de costa en la que trabajan sobre el ajuste de la altura de sus puntos circundantes, bajándolos siempre que su altura esté por debajo de la altitud predefinida.
4. Agentes de montaña: Estos agentes se colocan en posiciones aleatorias en los mapas y se les permite moverse en direcciones aleatorias. La forma de las montañas puede ser controlada por los diseñadores a través de distintos parámetros, como la altitud máxima de la montaña, su anchura y pendiente.
Los diseñadores también pueden determinar el número de agentes y el número de acciones que cada uno puede realizar.
5. Agentes de colina: estos agentes trabajan de una manera similar a los agentes de montaña, pero tienen tres características diferenciales: trabajan en una altitud más baja, tienen un radio de actuación menor y no se les permite generar laderas.
6. Agentes de río: en la fase final de la generación del terreno, los agentes de ríos recorren el paisaje excavando ríos cerca de las montañas y el océano.
El paisaje también se puede generar a través de métodos basados en búsquedas. El control que ofrece este método es uno de sus puntos fuertes. Este es un método con una codificación indirecta, donde el fenotipo es la representación de un mapa de altura pero la representación del genotipo es un árbol de expresión evolucionado con la programación genética.
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Creación de vegetación
Muchos juegos cuentan con vegetación en forma de hierba, árboles y arbustos. La generación de vegetación parece, por tanto, un caso perfecto para aplicar las técnicas de generación de contenidos por procedimientos: hay que crear un gran número de objetos que son similares entre sí, reconocibles, pero también ligeramente diferentes.
El papel de la vegetación tiene poca importancia funcional, ya que si una planta está mal generada, el juego podrá reproducirse sin problema. Una de las maneras más simples y mejores para generar un árbol o arbusto es utilizar una forma particular de gramática formal llamada sistema-L e interpretar sus resultados como instrucciones de dibujo para generar objetos 2D y 3D.
Una gramática formal es un conjunto de reglas de producción para la reescritura de cadenas, es decir, para convertir una cadena en otra.
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2.1.6 Generación de las reglas del juego
La generación de las reglas de juego requiere representar o codificarlas en un formato legible para los sistemas informáticos, por lo que la codificación no debe ser demasiado específica para permitir su aplicación a cualquier tipo de juegos.
La generación de reglas del juego se ha desarrollado principalmente en torno a los siguientes dos ámbitos de videojuegos: los juegos de mesa y los juegos gráficos en 2D.
Juegos de mesa
Los juegos de mesa fueron los primeros para los que se construyeron reglas utilizando técnicas de generación de contenidos por procedimientos, debido en parte a la estructura finita y sencilla del conjunto de reglas que los componen.
Dentro de esta categoría se incluyen los juegos simétricos, que se desarrollan en torno a una cuadrícula y se estructuran en función de dos jugadores que se turnan para mover unas piezas de acuerdo a ciertas reglas.
Estos juegos se denominan simétricos porque los dos jugadores comienzan en los extremos opuestos del tablero, con configuraciones simétricas de partida y las reglas del juego son idénticas para cada jugador. El generador sólo codifica un conjunto de reglas, que se aplican a los dos jugadores, por lo que cualquier cambio en una regla codificada cambia automáticamente las reglas de ambos jugadores. El espacio de posibles reglas se codifica en una gramática jerárquica que especifica cómo pueden moverse las piezas, cómo pueden capturarse unas a otras y cuáles son las condiciones para ganar. El generador también permite al usuario retocar algunos aspectos, tales como la complejidad media de las reglas de movimiento.
Una propiedad que se busca con frecuencia en los juegos simétricos es que sean equilibrados: no debe haber una ventaja muy significativa para uno de los dos jugadores en función quién sea el que comience el juego.
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Juegos gráficos en 2D
En los últimos años, algunos investigadores han trabajado en la representación y la generación de juegos de lógica gráfica en 2D, entendiendo como tales aquéllos que se basan en elementos 2D en movimiento, que chocan entre sí, aparecen y desaparecen, etc.
Estos juegos incluyen algunos clásicos como Pong, Pac-Man, Space Invaders, Missile Command, y el Tetris. Estos juegos se caracterizan por una serie de propiedades diferentes de las que normalmente se ven en los juegos de mesa. Por lo general, ofrecen una interacción más compleja entre juego y los agentes que lo componen, muchos de ellos cuentan con un avatar controlado por el videojugador, en lugar de seleccionar piezas de un tablero. En estos juegos el jugador y los agentes del juego pueden moverse en pasos discretos de una cuadrícula de celdas hacia arriba, hacia abajo, izquierda o derecha. Cada juego tiene una duración de un cierto número de pasos y se gana cuando el jugador alcanza una puntuación igual o superior a un determinado umbral.
La representación del juego consiste en una serie de variables y dos matrices:
• Las variables definen la duración del juego, el límite de puntuación, y la cantidad de objetos. También definen el patrón de movimiento.
• La primera de las dos matrices determina los efectos de las colisiones entre las cosas, y entre las cosas y el agente. Los posibles efectos son que no pasa nada, una o ambas cosas mueren, o una o ambas cosas se teletransportan a un lugar al azar.
• La otra matriz es la matriz de puntuación. Tiene la misma estructura que la matriz de efectos de colisión, pero las células contienen cambios negativos o positivos a la puntuación.
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Juegos de estrategia
Los juegos de estrategia son juegos de adversarios con temáticas sobre conflictos militares, donde el jugador maneja los recursos y mueve las unidades (representadas por ejemplo por tanques, soldados y aviones) alrededor de un tablero. Como ejemplos de este tipo de juegos cabe mencionar Civilization, Advance Wars y Europa Universalis.
Se trata de un género de videojuegos que está estrechamente relacionado con los juegos de estrategia en tiempo real, como la saga Dune y StarCraft, con la diferencia de estar basados en turnos. Comparten también características con los juegos de mesa, ya que se juega por turnos, sobre un tablero o mapa, y con los juegos gráficos, ya que se establecen interacciones complejas entre las unidades y el espacio de juego.
Para desarrollar este tipo de juegos de estrategia se utiliza un lenguaje de descripción denominado SGDL (“Strategy Game Description Language”), junto con un motor de juego que podría permitir a un jugador humano jugar a cualquier juego descrito en este idioma.
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2.2 Objetivos y retos de investigación en generación de contenidos por procedimientos En los últimos años se ha producido un incremento de la investigación académica sobre la generación de contenidos por procedimientos. En la actualidad existen tres objetivos relevantes de generación de contenidos por procedimientos (PCG), que no se pueden ejecutar por las limitaciones tecnológicas, por lo que son una prioridad en las líneas de investigación. A continuación se presentan los principales objetivos:
Multi-nivel Diseño de juegos Generación de Multi-contenido basados en PCG juegos completos
Diseño de un sistema que Los enfoques actuales de PCG se Sistema PCG capaz de generar genere múltiples tipos de centran en la generación de contenidos no sólo el contenido, sino todo contenidos de calidad en para un juego existente, donde el el juego: contenido, reglas, múltiples niveles de manera núcleo del juego podría existir sin el motor del juego, etc. coherente, teniendo en PCG. El objetivo es la creación de consideración las restricciones juegos donde un algoritmo PCG sea la de diseño de juegos. parte esencial del diseño del juego.
Para alcanzar estos objetivos, se han definido los ocho principales retos a largo plazo para la generación de contenidos por procedimientos:
1. Contenido original, no genérico: La mayoría de los niveles generados carecen de una macroestructura definida y un sentido de progresión. En muy pocas ocasiones un nivel generado se basa en pruebas de habilidad y muestra una verdadera innovación en el diseño.
Por ello, el desafío es crear generadores de contenido que puedan generar contenido original, útil, coherente, original y creativo.
2. Contenido con un estilo particular: crear un generador de contenido que pueda crear contenido en un estilo particular. Los diseñadores pueden observar las producciones de otro diseñador, y aprender a imitar su estilo.
Una capacidad análoga en la generación de contenidos por procedimientos sería un sistema de generación de nivel que estudiase los diseños de nivel, por ejemplo, de la serie Zelda y Super Mario, y producir diseños similares automáticamente.
Es importante señalar que el reto no es sólo para imitar las propiedades de la superficie de un conjunto de diseños, sino también las características más profundas del diseño, que tiene que ver con la expresión de ideas y emociones en la interacción con el jugador y el juego.
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3. Generadores de contenido general: casi todos los algoritmos existentes generan un solo tipo de contenido para un solo juego.
Con este reto, un generador de contenido podría ser capaz de generar múltiples tipos de contenido para múltiples juegos. Las demandas específicas, en términos de estética y funcionalidad en el juego, deberían ser especificados como parámetros para el generador.
Una idea para lograr este reto es tratar algoritmos de generación de contenidos por procedimientos como contenido, utilizando otros métodos para encajar el contenido en el juego en el que ha de ser aplicado.
4. Espacio de búsqueda: Si el contenido se va a generar, entonces debe ser estar situado dentro de un espacio de búsqueda.
En esta relación entre la representación y la estructura de espacio de búsqueda, destaca el desafío de diseñar un generador para un tipo específico de contenido.
Si un tipo de contenido se va a generar, entonces los ingenieros que diseñan el generador deben construir una representación que induzca una estructura razonable en el espacio de búsqueda.
Para garantizar un contenido de calidad, el diseñador debe comprender la relación entre la representación y la estructura del espacio que induce, una relación que no es necesariamente intuitiva.
En el futuro, es posible que las herramientas puedan ser construidas para ayudar en la adaptación de una representación particular a una clase particular de contenido.
5. Interfaces y controlabilidad: La mayoría de los sistemas existentes de generación de contenidos por procedimientos no son sencillos de controlar, y menos aún para interactuar con ellos.
Hay muchos tipos de control, dependiendo del juego y el diseñador.
Algunos algoritmos constructivos clásicos como los sistemas-L, ofrecen la posibilidad de que el diseñador pueda especificar los aspectos de los contenidos generados.
Estos enfoques basados en la búsqueda-permiten al diseñador especificar propiedades deseables de los contenidos en forma de objetivos.
Los sistemas de generación de contenidos por procedimientos de iniciativa mixta como Sketchaworld y Tanagra abordan explícitamente este problema, al permitir al usuario interactuar con el sistema de generación de contenidos por procedimientos mediante el movimiento y la creación de objetos en el espacio físico.
Estos sistemas muestran un camino viable, pero hasta el momento solo se han logrado algunos aspectos de control.
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Otro reto es idear métodos para la comunicación y la colaboración entre los algoritmos que trabajan en la generación de diferentes aspectos o capas del mismo artefacto. Por ejemplo, cuando un sistema genera las reglas de un juego, los entornos físicos para el mismo juego y los personajes o criaturas, los distintos algoritmos generativos deben ser capaces de comunicarse entre sí.
La forma más sencilla de implementar esto sería probablemente un modelo de "cascada", donde las reglas se generan primero, si bien esto excluiría cualquier innovación en las reglas.
6. Integración de música y otros contenidos: es un reto relevante, a pesar de que la mayoría de los juegos de ordenador tienen música.
Esto se realiza mediante la producción de bandas sonoras completas, como en la industria del cine, o por el diseño de un sistema generativo muy simple (como en el Google App Enredo).
7. Teoría y taxonomía unificadora de los Sistemas de generación de contenidos por procedimientos: Si bien la investigación en generación de contenidos por procedimientos ha ido en constante aumento en los últimos años, ha habido una falta de teoría unificadora para guiar la investigación o incluso para ayudar a relacionar las contribuciones dispares entre sí.
Una teoría y taxonomía de la generación de contenidos por procedimientos explicaría las ventajas relativas de los diferentes enfoques, y por qué algunos problemas de generación de contenidos son más difíciles que otros.
También ayudaría a situar y analizar los nuevos algoritmos propuestos.
8. Superación de la animación: En los juegos de ordenador 3D, la animación es una preocupación importante.
Casi todo necesita ser animado: criaturas, personajes, vehículos, vegetación..., y esto representa un enorme desafío.
Ser capaz de generar un artefacto no significa automáticamente que uno es capaz de animarlo.
El gran reto de la animación de procedimiento es que coincida con las altas expectativas de los observadores humanos, sin tener que recurrir a la estilización como una solución.
Esta solución implicará combinaciones sutiles de datos y códigos que se desarrollan a mano, y se diseñaran por animadores técnicos cualificados.
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Retos de la investigación en generación de contenidos por procedimientos
Desarrollo de algoritmos que sean capaces, Crear generadores de contenido además de crear el contenido, también original y creativo dotarle de animación automáticamente Superación de la Contenido original, animación no genérico
Desarrollo de una teoría Teoría y unificadora que guíe la taxonomía Crear contenido en un estilo investigación y relacione las unificadora de Contenido con particular, imitando otros diferentes contribuciones los sistemas un estilo estilos existentes dispares entre sí PCG particular
Retos Capaz de generar múltiples Integración tipos de contenido para de música y Generadores múltiples juegos, de manera Utilizar activamente la música otros de contenido como fuente de información contenidos que las demandas específicas general para crear el contenido del de contenido (estética y juego, o que los eventos del funcionalidad), sean juego ajusten o creen la música especificadas como Interfaces y parámetros al generador controlabilidad Espacio de búsqueda
Facilitar la interacción y control completo sobre el algoritmo del PCG, así como la comunicación y Automatizar la adaptación de una representación colaboración entre los algoritmos particular a una determinada clase de contenido
Fuente: Elaboración propia a partir del informe Procedural Content Generation: Goals, Challenges and Actionable steps
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3 Eventos de referencia
En este apartado se exponen los principales eventos en el ámbito de la generación automática de contenido por procedimientos:
Gamelab
Fundada en 2005, Gamelab es una organización sin ánimo de lucro dedicada a crear eventos de calidad donde profesionales, investigadores, académicos, empresarios e inversores del mundo del entretenimiento digital se dan cita para encontrar inspiración y compartir proyectos e ideas.
Los eventos de Gamelab conectan e inspiran a la próxima generación de creadores digitales para que den forma al futuro de las experiencias y entornos interactivos digitales.
En la lista de los invitados y ponentes que han participado en eventos de Gamelab figuran legendarios creadores y pioneros como Shigeru Miyamoto (Super Mario, Zelda), Hideo Kojima (Metal Gear Solid), Will Wright (The Sims), Peter Molyneux (Black & White, Fable), Mark Cerny (Marble Madness), Tim Schafer (Monkey Island), Cliff Bleszinski (Gears of War), Hironobu Sakaguchi (Final Fantasy), Trip Hawkins (fundador de Electronic Arts), Jade Raymond (Assassin’s Creed), Michel Ancel (Rayman), Kazunori Yamauchi (Gran Turismo), Alex Seropian (Halo), Minh Le (Counter Strike), Yu Suzuki (Shenmue), Alex Seropian (Guitar Hero), Kim Swift (Portal), Shuhei Yoshida (presidente de Sony Worldwide Studios), Al Lowe (Leisure Suits Larry), Siobhan Reddy (Little Big Planet) o Keiji Inafune (Megaman), entre muchos otros.
El principal evento de Gamelab se celebra todos los años en junio en Barcelona, y acoge a más de 1.000 asistentes, de más de 500 empresas y organizaciones. El público es una mezcla de estudiantes y académicos (25 %), profesionales técnicos/creativos (20 %), fundadores y directivos de start-ups (10 %), ejecutivos de desarrollo de negocio (15 %), periodistas/blogueros (20 %) y otros perfiles (10 %).
Aproximadamente el 20% de los asistentes procede de otros países, principalmente del Reino Unido, Alemania, Holanda y Estados Unidos, por lo que las sesiones se desarrollan principalmente en inglés con interpretación simultánea al español en las ponencias destacadas.
Este evento busca favorecer la visibilidad de la industria española del videojuego en el mundo.
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Durante tres días, Gamelab ofrece al público un programa de conferencias, mesas redondas, talleres y actividades de networking con los principales interlocutores del sector en España y figuras internacionales de primer orden.
El evento se estructura en 5 secciones distintas bien definidas:
. Conferencia principal: donde destacados ponentes de todo el mundo comparte su visión inspiradora sobre el futuro de la interactividad con el público general y la prensa. . Ponencias de socios: en las que socios y patrocinadores organizan talleres y sesiones especializadas dirigidas a la comunidad profesional. . Espacio de Networking: donde start-ups, desarrolladores independientes y toda clase de plataformas interactúan y exponen sus últimos productos y servicios. . Premios: donde se reconoce el trabajo de los mejores juegos y proyectos presentados en Gamelab. . Eventos: donde los asistentes, patrocinadores e invitados prolongan el networking después del trabajo (sesiones de demostración, "happy hours", fiestas, cenas, etc.).
Vinculado a Gamelab se ha desarrollado el Gamelab Hub, una plataforma dirigida a facilitar la internacionalización de las empresas españolas, al poner en contacto a empresas inversoras extranjeras con empresas españolas que quieren distribuir a nivel mundial.
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3D Wire
3D Wire es un evento centrado en la dinamización del ocio de la mano de la industria digital especializada en la creación de videojuegos, animaciones y diseño por ordenador, que se celebra en Segovia.
Reúne a profesionales y empresas de la animación y de los videojuegos, favoreciendo el encuentro entre canales de televisión, distribuidoras, productoras y organismos dedicados a este sector para potenciar el mercado y la comercialización de los proyectos.
El objetivo principal es propiciar un espacio para el contacto directo entre profesionales, a través de conferencias y mesas de trabajo de las que puedan surgir acuerdos de coproducción o distribución.
E3
E3 es considerada la feria más importante del mundo para la industria del videojuego.
En este evento los mejores talentos de la industria del videojuego se reúnen en el Centro de Convenciones de Los Ángeles, conectando a decenas de miles de los más brillantes profesionales innovadores de la industria del entretenimiento interactivo.
Durante tres días, empresas de vanguardia, relacionadas con las nuevas tecnologías, exhiben sus productos innovadores.
E3 es propiedad de ESA, que se dedica a satisfacer las necesidades de las empresas que publican juegos interactivos para consolas, dispositivos portátiles, ordenadores personales e Internet.
ESA ofrece servicios a los editores de software de entretenimiento interactivo, incluyendo la protección de propiedad intelectual con un programa global de lucha contra la piratería.
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Gamescom
Es la feria europea más importante de electrónica de consumo interactiva, en especial de videojuegos. Numerosos expositores de todo el mundo presentan en esta feria sus novedades de software y hardware de ocio.
La feria se celebró por primera vez en 2009 en Colonia (Alemania).
La feria nació a partir de la iniciativa de la "Organización Nacional de Software de Ocio Interactivo".
La feria cuenta con una sección abierta al público en general, y una sección exclusiva para los profesionales del sector, entre los que se encuentran también conferencias técnicas como la Game Developers Conference Europe.
Su enfoque innovador invita a todos los asistentes a interactuar con la feria. Además, cuenta con gran cantidad de actividades programadas para todos los asistentes.
Tokio Game Show
Es una expo/convención de videojuegos con sede en Tokio, Japón.
A diferencia del E3, el Tokyo Game Show permite entrar al público en general durante los dos últimos días. Por ello, tiene mucha más asistencia que el E3.
Se trata de uno de los referentes en convenciones en cuanto a videojuegos se refiere, mostrándose novedades año tras año.
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Games Developers Conference
La Conferencia de Desarrolladores de Videojuegos en español es la mayor reunión anual de desarrolladores profesionales de videojuegos, cuyos objetivos son aprender, inspirar y formar conexiones dentro de la industria.
El evento, que dura aproximadamente una semana, incluye una exposición, eventos para el establecimiento de contactos, premios tales como el Independent Games Festival y el Game Developers Choice Awards, y una variedad de tutoriales, conferencias, y mesas redondas con profesionales de la industria sobre temas relacionados con los videojuegos, tales como programación, diseño, audio, producción, administración y artes visuales.
Pese a que en un principio la conferencia se enfocaba en videojuegos para ordenadores, su enfoque se ha ido adaptando con el paso de los años, y en la actualidad también incluye consolas, dispositivos móviles, smartphones, y tablets, entre otros.
El Independent Games Festival es la primera y más grande competición para juegos independientes, y presenta los innovadores logros de desarrolladores que van desde individuos que crean juegos para PC hasta equipos de estudios que crean títulos descargables para consolas.
El Game Developers Choice Awards es la única ceremonia de premios que está abierta exclusivamente a miembros de la industria.
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InnGames
Es un evento creado para el desarrollo, fomento y regeneración del tejido industrial del ocio digital y afines (como el trabajo 2.0, marketing especializado, localización…), potenciando la creación de empleo y auto- empleo y la formación a todos los niveles.
El Programa tiene como prioridad fomentar, impulsar y consolidar la cultura del emprendimiento y la innovación en el ámbito de los videojuegos y productos interactivos digitales, facilitando la información, formación y acceso a nuevos entornos profesionales en el ámbito de las nuevas tecnologías de la información y comunicación en entorno digital.
Se implementa como un evento anual en formato congreso, de tres días de duración, al que acuden figuras de relevancia mundial para compartir y exponer sus puntos de vista y experiencias sobre el sector del ocio digital y los videojuegos. Además, cuenta con una zona expositiva de stands informativos de las marcas, y numerosas actividades vinculadas al evento.
Se desarrolla en el Palacio de Ferias y congresos de Málaga, con el objetivo de convertirse en un evento profesional de referencia en España. Está organizado por Injuve y U-tad, y cuenta con el patrocinio del Ayuntamiento y la Diputación de Málaga, y la colaboración numerosas empresas del sector del ocio digital.
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GamePolis
Evento de carácter anual dedicado a la cultura e industria del videojuego.
Durante tres días, empresas de videojuegos, fabricantes, desarrolladores, profesionales, estudiantes, fans y jugadores se reúnen para compartir la pasión por los videojuegos.
El Festival de Videojuegos de Málaga cuenta con las siguientes secciones:
. Zona Expo para conocer las últimas novedades del sector . Tiendas exclusivas . Torneos de videojuegos con los mejores videojuegos multijugador e individual . Zona Sports . Deportes Electrónicos para competir al más alto nivel . Talleres y conferencias sobre desarrollo y creación de videojuegos . Conciertos y actuación de música de videojuegos . Concurso de Cosplay . Encuentro con Youtubers . Zona Retro
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4 Iniciativas de interés
A continuación se muestran los principales juegos que utilizan técnicas de generación automática de contenidos por procedimientos:
Entidad Iniciativa
Minecraft La generación de contenidos por procedimientos permite que se generen mundos a medida que se van explorando, y que, de hecho, son infinitos. El jugador se encuentra en un mundo generado mediante un algoritmo, lo que permite que éste sea infinito y nunca se generen dos mundos iguales.
Spore Es un juego de "evolución", donde el jugador decide el proceso evolutivo de la criatura. El jugador modela la criatura y la guía a través de muchas generaciones, haciéndola crecer desde un simple organismo unicelular hasta convertirla en un animal más complejo. Las animaciones, los niveles y la música también se generan automáticamente.
Rogue Utiliza generación de contenidos por procedimientos para la generación de niveles; de hecho, la generación de tiempo de ejecución y la oferta infinita de niveles es una característica clave de este género. Permite controlar un agente en una mazmorra laberíntica, recogiendo tesoros y combatiendo monstruos. Se utilizan algoritmos constructivos para la generación de mazmorras.
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Entidad Iniciativa
Élite Se trata del primer videojuego comercializado en emplear la generación procedural para construir un universo completo. Se basa en la generación por procedimientos de acuerdo con los modelos científicos reales, de los cuales alrededor de 150.000 sistemas estelares se toman a partir de datos astronómicos del mundo real. En Élite todo es a la escala que debe ser, por lo que los planetas son del tamaño real y las distancias entre los objetos también son reales.
Kkrieger Este juego hace un uso intensivo de métodos de generación procedural. Las texturas que requiere el juego en cada momento son almacenadas en un historial, en lugar de ser almacenadas pixel por pixel; por lo tanto, sólo requiere de dichas texturas almacenadas y de un generador de código para ser compilado en el ejecutable, produciendo así un archivo ejecutable de un tamaño relativamente pequeño, ya que tan solo ocupa 96 KB.
Elder Scrolls Este juego permite al jugador seguir la historia principal, o explorar el mundo y realizar multitud de misiones y tareas secundarias. Esta libertad de acción para el jugador ha dado un gran renombre a esta serie. Los bosques se generan de forma dinámica y las misiones secundarias son infinitas.
Borderlands Incluye elementos para la creación de personajes. El juego usa la generación de contenidos por procedimientos para generar armas y objetos, que pueden variar sus habilidades, poder de disparo, cadencia de fuego y precisión. Se estima que el sistema de generación aleatorio pueda crear 17 millones de variaciones posibles. Este proceso se usa también para crear las características de los enemigos que el jugador se va encontrando, de forma también aleatoria.
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Entidad Iniciativa
Left 4 Dead 2 La generación procedural permite modificar lo que acontece en el juego, en función de las acciones que realizan los jugadores. Los enemigos no aparecen siempre en el mismo lugar, con lo que se juega con el estrés y la ansiedad del jugador.
No man´s sky La generación de contenidos por procedimientos permite generar la cifra exacta de 18.446.744.073.709.551.616 planetas. Cuenta con niveles generados proceduralmente, y permite explorar planetas, océanos, batallas en el espacio y luchar contra depredadores. Cada mundo tiene su propio ecosistema, desde entornos desérticos hasta lugares boscosos.
Saga Diablo Genera gran parte de sus mapas algorítmicamente, para evitar que la repetición se haga excesiva. Combina tipos de objetos, tipos de daños, efectos especiales, diseños y colores para no cansar al jugador.
Dwarf Fortress Está considerado el rey de la generación de contenido procedural. Ya no se habla de generación procedural de objetos y tesoros, sino que todo el universo conocido, el escenario, las mazmorras, incluso su historia y sus leyendas… todo está generado por los algoritmos del juego.
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Entidad Iniciativa
Spelunky Cuenta con un sistema de generación de escenarios. A su vez, los ítems y enemigos se colocan de forma diferente en cada nivel, con lo que se consigue que cada partida sea completamente diferente.
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5 Fuentes de información
En el presente apartado se muestran las principales fuentes de información utilizadas, así como los agentes de referencia entrevistados para el presente ámbito de investigación.
A continuación se presentan las principales fuentes de información utilizadas para el desarrollo del presente documento:
• Georgios N.Yannakakis, miembro de IEEE y Julian Togelilus, miembro de IEEE, A Panorama of Artificial and Computational Intelligence in Games
• Julian Togelius, Mark J. Nelson, Antonio Liapis, Center for Computer Games Research, IT University of Copenhage, Characteristics of Generatable Games
• Nuno Barreto, Amílcar Cardoso, Licinio Roque, CISUC, Department of Informatics Engineering, University of Coimbra, Computational Creativity in Procedural Content Generation: A State of the Art Survey
• Asociación Española de Empresas Productoras y Desarrolladoras de Videojuegos y Software de Entretenimiento, Libro Blanco del Desarrollo Español de los Videojuegos (2015)
• Asociación Española de Empresas Productoras y Desarrolladoras de Videojuegos y Software de Entretenimiento, Libro Blanco del Desarrollo Español de los Videojuegos (2014)
• AEVI, Anuario de la industria del videojuego 2014 (http://www.aevi.org.es/anuario2014)
• Julian Togelius, Alex J. Champandard, Pier Luca Lanci, Michael Mateas, Ana Paiva, Mike Preuss, Kenneth O. Stanley, Procedural Content Generation: Goals, Challenges and Actionable steps
• William Cachia, Luke Aquilina, Héctor P. Martinez, Georgios N. Yannakakis. Institute of Digital Games, University of Malta, Procedural Generation of Music
• European Online Game Survey, European Games Developer Federation
• Noor Shaker, Julian Togelius, and Mark J. Nelson, Procedural Content Generation in Games, a textbook and an overview of current research, 2014
• Entertainment Software Association
• Newzoo
• Gamelab
• 3D Wire
• E3 - Electronic Entertainment Expo
• Gamescom
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• Tokyo Game Show
• Games Developers Conference
• InnGames
• GamePolis
• Julian Togelius
• Georgios N. Yannakakis
Como complemento al trabajo de análisis e investigación, se ha contado con la visión de los siguientes expertos en la materia:
• Fernando Prieto, CEO del Estudio Gato Salvaje
• Gustavo Liévano, Product Manager de Next Limit Technologies
• Víctor González, Cofundador y Ceo de Next Limit Technologies y Director del Master en Computación Grafica y Simulación de la U-tad
• Miguel Ángel Otaduy, Profesor adjunto del Departamento de Ciencias de la Computación de la Universidad Rey Juan Carlos (URJC) Madrid
• Raúl Lara Cabrera, Profesor e investigador de la Universidad de Málaga en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Informática, Área de Lenguajes y Sistemas Informáticos. Grupo de Ingeniera del Software de la Universidad
• Antonio J. Fernández Leiva, Profesor asociado en Ciencias de la Computación y Co-promotor de Serigames
• Gonzalo Rueda, CTO de U-tad y CTO/COO de Illion Animation Studios
• Javier Arévalo, Technical Director in new social projects y Profesor en el Master de Programación de Videojuegos de la Universidad Complutense de Madrid, Pyro Studios
• Fernando Tarragato, Product Manager de Pyro Studios
• Francisco José Soler, Director de Pyro Studios y Director del Master en Arte y Diseño Visual de Videojuego de U- tad
• Juan Carlos González, CEO de Pyro Mobile
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