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Type: Dissertação
Title: Geração procedural de conteúdo utilizando aprendizado por reforço com design de iniciativa mista e entropia como feedback de recompensa
Author: Dutra, Paulo Vinícius Moreira
First Advisor: Fonseca Neto, Raul
Co-Advisor: Villela, Saulo Moraes
Referee Member: Bernardino, Heder Soares
Referee Member: Mendonça, Matheus Ribeiro Furtado de
Resumo: Os jogos ao longo dos anos têm se tornado uma das principais formas de entretenimento no ambiente digital e são frequentemente utilizados em pesquisas que envolvem a área do aprendizado de máquina. Dentre as ramificações do aprendizado de máquina, temos o aprendizado por reforço que é comumente utilizado para treinar agentes a jogar jogos. Atualmente existem muitos jogos que utilizam métodos de geração procedural para gerar algum conteúdo com o objetivo de aumentar experiência do jogador. Recentemente, artigos acadêmicos buscam aproximar o aprendizado por reforço com a geração procedural de conteúdo em jogos. Este trabalho investiga como podemos aplicar a geração procedural de conteúdo com aprendizado por reforço e o design de iniciativa mista. Uma segunda questão discutida aqui é como podemos utilizar métricas para avaliar a diversidade dos cenários gerados. A proposta deste trabalho possui como ideia principal utilizar modelos de cenários fornecidos por um especialista humano em level design, para que os agentes de aprendizado por reforço o utilizem para criar cenários. Os níveis fornecidos pelo especialista são separados em segmentos ou blocos que são utilizados para compor novas estruturas de cenários. Também é proposto o uso de uma função de recompensa baseado na entropia como métrica para avaliar a diversidade dos cenários gerado pelos agentes de aprendizado por reforço. Inicialmente, treinamos o modelo proposto para três diferentes ambientes de jogos no estilo 2D Dungeon crawlers. Analisamos os resultados obtidos através do valor de entropia e demonstramos que o modelo proposto pode gerar uma ampla gama de novos níveis com uma diversidade de segmentos. Um segunda análise dos resultados é através de expressive range, para avaliar a expressividade dos níveis utilizando as métricas linearidade e leniência.
Abstract: Over the years, video games have become one of the main ways of entertainment in the digital environment and are often used in the machine learning research. In machine learning, we can find different branches, among them, reinforcement learning, which is commonly used to train agents to play games. Currently, there are many games that use procedural generation methods to generate some content in order to increase the player’s experience. Recently, academic articles have approach the problem of procedural generation of content in games though reinforcement learning. In this work, we investigate how we can approach procedural content generation with reinforcement learning and mixed-initiative design. A second question discussed here is how we can use metrics to evaluate the diversity of the generated level. Our proposal has as its main hypothesis to use scenario models, provided by an expert human in level design, for the reinforcement learning agents in order to generate new scenarios. The levels provided by the specialist are separated into segments or blocks that are used to compose the new scenario structures. Also, a new reward function based on the use of entropy was proposed to measure the diversity of the generated scenarios. Initially, we trained our model for three different 2D Dungeon crawlers game environments. We analyzed our results through the value of the entropy, and it shows that our approach can generate levels with a wide diversity of segments. A second analysis of the results is through expressive range, to evaluate the expressivity of the levels using linearity and leniency metrics.
Keywords: Aprendizado por reforço
Geração procedural de conteúdo
Aprendizado de máquina
Expressive range
Iniciativa mista
Entropia
Reinforcement learning
Procedural content generation
Machine learning
Mixed-initiative
Entropy
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-ShareAlike 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/br/
DOI: https://doi.org/10.34019/ufjf/di/2023/00085
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/15493
Issue Date: 16-Mar-2023
Appears in Collections:Mestrado em Ciência da Computação (Dissertações)



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