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dc.creatorSilva, Daniele Fernandes e
dc.date.accessioned2025-06-17T22:03:27Z
dc.date.available2025-06-17T22:03:27Z
dc.date.issued2025-04-03
dc.identifier.citationSILVA, Daniele Fernandes e. Aprimoramento da Geração de Mapas em Jogos Digitais por Meio de Estratégias Avançadas em GANs. Orientador: Marilton Sanchotene de Aguiar. 2025. 90 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) – Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2025.pt_BR
dc.identifier.urihttp://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/16210
dc.description.abstractProcedural content generation (PCG) plays a key role in creating virtual worlds and optimizing digital game production, allowing the automatic generation of levels and maps without manual intervention. With advances in deep learning, generative adversarial networks (GANs) have emerged as a promising approach for PCG, offering the possibility of creating diverse and playable levels. However, significant challenges remain, such as mode-collapse, training instability, and difficulty ensuring that the generated maps are valid and consistent for gameplay. This research explores the tuning policies of GANs applied to map generation for top-down games, investigating strategies to optimize the diversity and validity of the generated maps. The central problem addressed in this thesis is improving the quality of levels generated by GANs. It seeks to answer the following question: How can generative adversarial network models be enhanced to maximize the generation of diverse and playable levels in digital games? To this end, several aspects of the training of these networks are analyzed, including mitigating mode-collapse, assessing the quality of the generated maps, increasing the expressiveness of the dataset, and penalizing the network with heuristics that favor gameplay. The main objective of this work is to define a set of techniques and methodologies that optimize the adjustment of GAN models for the procedural generation of levels in digital games. To this end, strategies are proposed that increase the expressiveness and quality of the dataset, minimize network training problems, and ensure that the generated levels are valid and varied. In addition, the aim is to integrate interactive and heuristic approaches to make the generative process more efficient and adaptable to the needs of different types of games. This research uses an approach that involves experimenting with different GAN architectures, including VanillaGAN, DCGAN, and WGANGP, and incorporating techniques such as spectral normalization, bootstrapping, and heuristic penalization. Metrics are explored to evaluate the validity and playability of the generated maps and strategies to condi tion the generation of levels in a controlled manner. The experiments are conducted with different datasets, comparing traditional PCG approaches with the proposed solutions. The results demonstrate that the strategies developed in this thesis signifi cantly improve procedural level generation and mitigate mode-collapse and instability problems. The experiments show that spectral normalization and heuristic penalization increase training efficiency in model tuning, enhancing its ability to generate playable and diverse levels. In conclusion, this research highlights the importance of refining adjustment policies for GANs in procedural map generation, highlighting the potential of these networks to optimize level design in digital games. However, challenges remain, such as the need to develop better mechanisms to control the variability and complexity of the generated maps. Future work could explore the combination of GANs with other deep learning approaches, such as more advanced conditional generative models, and apply these techniques in three-dimensional games and other genres, in addition to top-down vision games.pt_BR
dc.description.sponsorshipSem bolsapt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Pelotaspt_BR
dc.rightsOpenAccesspt_BR
dc.subjectGeração procedural de conteúdopt_BR
dc.subjectGeração de mapapt_BR
dc.subjectGeração de nívelpt_BR
dc.subjectMapa proceduralpt_BR
dc.subjectAprendizado profundopt_BR
dc.subjectRedes adversárias generativaspt_BR
dc.subjectProcedural content generationpt_BR
dc.subjectMap generationpt_BR
dc.subjectLevel generationpt_BR
dc.subjectProcedural mappt_BR
dc.subjectDeep learningpt_BR
dc.subjectGenerative adversarial networpt_BR
dc.titleAprimoramento da Geração de Mapas em Jogos Digitais por Meio de Estratégias Avançadas em GANspt_BR
dc.title.alternativeEnhancing Map Generation in Digital Games Through Advanced Strategies in GANspt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0009-0005-4802-2908pt_BR
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/2128981489947699pt_BR
dc.contributor.advisorIDhttps://orcid.org/0000-0002-5247-6022pt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3499616508280892pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Torchelsen, Rafael Piccin
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4828490550640720pt_BR
dc.description.resumoA geração procedural de conteúdo (PCG) desempenha um papel fundamental na criação de mundos virtuais e na otimização da produção de jogos digitais, per mitindo a geração automática de níveis e mapas sem necessidade de intervenção manual. Com os avanços em aprendizado profundo, redes adversárias generativas (GANs) surgiram como uma abordagem promissora para a PCG, oferecendo a possibilidade de criar níveis diversificados e jogáveis. No entanto, ainda há desafios significativos da própria abordagem, como o mode-collapse, a instabilidade do treinamento e a dificuldade em garantir que os mapas gerados sejam válidos e coerentes para a jogabilidade. Essa pesquisa explora as políticas de ajuste das GANs aplicadas à geração de mapas para jogos de visão top-down, investigando estratégias para otimizar a diversidade e a validade dos mapas gerados. O problema central abordado nesta tese está relacionado à melhoria da qualidade dos níveis gerados por GANs, buscando responder à seguinte questão: como aprimorar modelos de redes generativas adversárias para maximizar a geração de níveis variados e jogáveis em jogos digitais? Para isso, são analisados diversos aspectos do treinamento dessas redes, incluindo a mitigação do mode-collapse, a avaliação da qualidade dos mapas gerados, o aumento da expressividade do conjunto de dados e a penalização da rede por heurísticas que favoreçam a jogabilidade. O objetivo principal deste trabalho é definir um conjunto de técnicas e metodologias que otimizem o ajuste de modelos GANs para a geração procedural de níveis em jogos digitais. Para isso, são propostas estratégias que aumentam a expressividade e a qualidade do conjunto de dados, minimizam problemas de treinamento das redes e garantem que os níveis gerados sejam tanto válidos quanto variados. Além disso, busca-se integrar abordagens interativas e heurísticas para tornar o processo generativo mais eficiente e adaptável às necessidades de diferentes tipos de jogos. A abordagem utilizada nesta pesquisa envolve a experimentação com diferentes arquiteturas de GANs, incluindo VanillaGAN, DCGAN e WGANGP, além da incorporação de técnicas como normalização espectral, bootstrapping e penalização por heurísticas. São exploradas métricas para avaliar a validade e a jogabilidade dos mapas gerados, bem como estratégias para condicionar a geração dos níveis controladamente. Os experimen tos são conduzidos com diferentes conjuntos de dados, comparando abordagens tradicionais de PCG com as soluções propostas. Os resultados obtidos demonstram que as estratégias desenvolvidas nesta tese contribuem significativamente para a melhoria da geração procedural de níveis, mitigando problemas de mode-collapse e instabilidade. Os experimentos evidenciam que técnicas como normalização espectral e penalização por heurísticas aumentam a eficiência do treinamento no ajuste do modelo, melhorando sua capacidade em gerar níveis jogáveis e diversificados. Como conclusão, esta pesquisa destaca a importância do refinamento de políticas de ajuste para GANs na geração procedural de mapas, evidenciando o potencial dessas redes para otimizar o desenho de níveis em jogos digitais. No entanto, desafios ainda permanecem, como a necessidade de desenvolver melhores mecanismos de controle da variabilidade e da complexidade dos mapas gerados. Trabalhos futuros poderão explorar a combinação de GANs com outras abordagens de aprendizado profundo, como modelos generativos condicionais mais avançados, bem como a aplicação dessas técnicas em jogos tridimensionais e outros gêneros, além dos jogos de visão top-down.pt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Computaçãopt_BR
dc.publisher.initialsUFPelpt_BR
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRApt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.rights.licenseCC BY-NC-SApt_BR
dc.contributor.advisor1Aguiar, Marilton Sanchotene de
dc.subject.cnpq1CIENCIA DA COMPUTACAOpt_BR


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