Svět s hráčem
a bez něj

Návrat do stejné vesnice

Vyberu truhlu, odejdu na hodinu a vrátím se. Co najdu?

• Je truhla znovu plná, nebo pořád prázdná?
• Vyrobil sklad další zboží?
• Může mě obchodník přivítat jinak?

Školní model a naše návrhové volby, ne údaj o interním fungování konkrétní hry.

Čtyři otázky návrhu světa

• Co je stav a co si svět pamatuje?
• Co změnu spouští: hráč, čas, jiné entity?
• Co se počítá mimo aktivní oblast?
• Jak změnu hráč pozná a jak ji otestujeme?

Na konci dokážete popsat chování jedné oblasti v mini-GDD.

Paměť a samostatný vývoj

Paměť a samostatný vývoj můžeme kombinovat.

Školní model a naše návrhové volby, ne údaj o interním fungování konkrétní hry.

Původní názvy a přesnější otázky

Používáme vlastnosti systémů místo historického žebříčku her.

Vidět, počítat a uchovat

Objekt může být uložený, přestože se právě nekreslí ani neaktualizuje.

Zdroj: Microsoft Learn: Simulation Distance, Render Distance, and Ticking Areas · Epic Games: World Partition

Stav jedné oblasti

oblast: přístav
truhla_12: otevřená
most: opravený
sklad: 7 kusů, kapacita 20
úkol: doručeno
poslední_aktualizace: herní minuta 320

Stav má identitu, rozsah a pravidla změny. Nemusíme ukládat každý vizuální detail.

Školní model a naše návrhové volby, ne údaj o interním fungování konkrétní hry.

Akce a přechod stavu

Stejnou událost musíme umět bezpečně vyhodnotit i opakovaně.

Školní model a naše návrhové volby, ne údaj o interním fungování konkrétní hry.

Pokus: odejít a vrátit se

Školní model a naše návrhové volby, ne údaj o interním fungování konkrétní hry.

Reset jako návrhové rozhodnutí

• Nový pokus může obnovit překážky a zdroje.
• Checkpoint může obnovit jen část stavu.
• Opakovaná odměna může být záměr nebo exploit.
• Hráč potřebuje poznat, co restart skutečně obnoví.

Reset oblasti a reset hráčova inventáře popište zvlášť.

Životnost změny

„Trvalé“ vždy potřebuje doplnit: v jakém rozsahu?

Ani klasická hra nemá nulový stav

Super Mario Bros.

Manuál popisuje mince, čas, životy i porážení nepřátel. „Svět se nikdy nemění“ je příliš silné tvrzení.

U každé změny se ptejme, co přežije restart.

Diablo

Procedurální obsah a změny během hraní mohou existovat společně.

Zdroj: Nintendo: Super Mario Bros., elektronický manuál · Togelius, Shaker, Nelson: PCG in Games, kap. 1 (2016)

Dosah hráčovy změny

Malý počet příznaků může mít mnoho viditelných důsledků.

Školní model a naše návrhové volby, ne údaj o interním fungování konkrétní hry.

Které hodiny používáme?

Herní čas

Den může trvat několik skutečných minut.

Skutečný čas

Čas zařízení nebo serveru, případně běh mezi návštěvami.

Čas aktivní oblasti

Pokračuje jen při aktualizaci této oblasti.

Čas konkrétního úkolu

Spustí se podmínkou, může mít vlastní pravidla pauzy.

U lhůty musí být jasný start, rychlost, pauza a konec.

Akce jiných entit

Rutina a reakce na událost se mohou překrývat.

Školní model a naše návrhové volby, ne údaj o interním fungování konkrétní hry.

Bez hráče může znamenat pět věcí

• Hráč nedává vstup.
• Avatar se dívá jinam.
• Avatar odešel z oblasti.
• Hra je pozastavená.
• Klient nebo celý program je vypnutý.

Každá situace může mít jiné pravidlo. Běžící server není vypnutý svět.

Zdroj: Godot: Pausing games and process mode

Minecraft Bedrock: dvě vzdálenosti

Ticking areas jsou zvláštní aktivní oblasti, ale také mají omezení.

Uchovaný stav farmy ještě neznamená průběžný růst.

Zdroj: Microsoft Learn: Simulation Distance, Render Distance, and Ticking Areas

Pokus: výroba mimo oblast

Sklad má 3 kusy. Vyrábí 2 kusy za herní minutu, kapacita je 20. Vstupů je dost, spotřeba žádná.

Školní model a naše návrhové volby, ne údaj o interním fungování konkrétní hry.

RimWorld: simulace a výběr událostí

Reakce obyvatel a řízení tempa jsou rozdílné úlohy.

Zdroj: Ludeon Studios: RimWorld

Zelda: kombinace pravidel

Breath of the Wild: Eiji Aonuma popisuje zastavení sudu pomocí Stasis, několik úderů a jeho následné uvolnění do nepřátel.

sud v pohybu
Stasis: dočasně zastavený
hráčovy zásahy
uvolnění: nový pohyb a zásah nepřátel

Výuková interpretace: změny stavu a pravidla se dají skládat.

Zdroj: Nintendo: rozhovor s Eiji Aonumou (2017)

Skript, systém a dramaturgie

V jednom světě se mohou doplňovat. Více simulace není automaticky více zábavy.

Zdroj: Ludeon Studios: RimWorld · Nintendo: rozhovor s Eiji Aonumou (2017)

Změna musí být čitelná

• Viditelný důsledek: most je opravený, sklad plnější.
• Dohledatelná příčina: zpráva, stopa, stav úkolu.
• Srozumitelný časový tlak a možnost reakce.
• Ochrana důležitého obsahu, pokud to odpovídá návrhu.

Náhodná ztráta úkolu může působit jako chyba, i když simulace funguje.

Podrobnost podle potřeby

Snížená podrobnost musí zachovat důležité hráčovy sliby.

Školní model a naše návrhové volby, ne údaj o interním fungování konkrétní hry.

Streaming není pravidlo zapomínání

World Partition v Unreal Engine načítá a uvolňuje buňky kolem streaming sources, například hráče.

• Technická hranice určuje, co je právě načtené.
• Návrh hry určuje, které změny mají přežít.
• Stabilní ID spojí obnovený objekt s jeho uloženým stavem.

Odchod z oblasti nesmí nechtěně vynulovat splněný úkol.

Zdroj: Epic Games: World Partition

Co musí obsahovat uložená hra

základ: seed + verze generátoru
změny: otevřené truhly, opravené mosty
hráč: inventář, poloha, schopnosti
procesy: čas a rozpracované operace
identity: stejné ID při každé obnově

U některých systémů potřebujeme i stav náhodného generátoru, ne jen počáteční seed.

Školní model a naše návrhové volby, ne údaj o interním fungování konkrétní hry.

Zdroj: Epic Games: Random Streams

Pokus: stejný seed

Stejné vstupy stejného generátoru obnoví stejný základ. Ne historii hráčových akcí.

Školní model a naše návrhové volby, ne údaj o interním fungování konkrétní hry.

Zdroj: Epic Games: Random Streams

Pokus: chyba při načtení

Zatím žádný snímek.

Školní model a naše návrhové volby, ne údaj o interním fungování konkrétní hry.

Zámek nemusí být dveře

Hráč musí poznat překážku, potřebný prostředek a možnost návratu.

Školní model a naše návrhové volby, ne údaj o interním fungování konkrétní hry.

Zdroj: Dormans a Bakkes: Generating missions and spaces (2011)

Logický postup a fyzický prostor

Pěkný půdorys ještě nezaručuje splnitelný postup.

Zdroj: Dormans a Bakkes: Generating missions and spaces (2011)

Pokus: dostupnost cíle a softlock

Školní model a naše návrhové volby, ne údaj o interním fungování konkrétní hry.

Závislosti zdrojů

Surovina → výroba → zboží → prodej → prostředky na další provoz

• Co se stane, když chybí vstup nebo odběratel?
• Lze zdroj úplně vyčerpat?
• Může jedna změna zastavit celý řetězec?

Zkoumejte návrat do funkčního stavu, nejen ideální průchod.

Školní model a naše návrhové volby, ne údaj o interním fungování konkrétní hry.

X4: ekonomika přesahuje kokpit

• NPC lodě a stanice obchodují.
• Výrobní řetězce propojují suroviny a další zboží.
• Nabídka a poptávka se promítají do cen.

Pozorovaná scéna je jen část ekonomických vztahů světa.

Z oficiálního popisu nevyvozujeme stejně detailní fyziku všech sektorů.

Zdroj: Egosoft: X4 Foundations, oficiální press kit

Příklad zápisu: pravidlo skladu

Školní model a naše návrhové volby, ne údaj o interním fungování konkrétní hry.

Kontrolní otázky pro váš svět

• Co přetrvá po odchodu a co po restartu?
• Co mění hráč a co běží samostatně?
• Jaký čas a jakou podrobnost používáme?
• Může se hráč zablokovat nebo dostat odměnu dvakrát?
• Jak ověříme návrat a změnu vysvětlíme hráči?

Výsledkem je popsané a otestovatelné chování oblasti.

Procedurální generování

Volitelný blok · přibližně 20–25 minut

Jak vytvoříme základní obsah světa?

Další otázka: co se s ním děje při hraní?

Co patří do PCG

Procedurální generování obsahu vytváří herní obsah algoritmicky, s omezeným nebo nepřímým vstupem člověka.

• Úrovně, předměty, pravidla a příběhy.
• Také textury, hudba a další obsah.

Dopad na hratelnost není obecně uznávanou hranicí mezi PG a PCG.

Zdroj: Togelius, Shaker, Nelson: PCG in Games, kap. 1 (2016)

Modulární generování: střední cesta

Ve studentských pracích se osvědčuje skládat prostředí z předem připravených bloků.

Ručně ladíme jednotlivé části. Generátor obměňuje jejich skladbu.

Doporučení ze zkušenosti vyučujícího se studentskými projekty.

Magitech: mřížka hotových dlaždic

Studentská hra z VHS. Navazující bakalářská práce: Jiří Macháček, 2022.

• Ručně připravené čtvercové dlaždice tvoří tileset.
• Agenti vytvářejí rozložení dlaždic v 2D mřížce.
• Podle sousedů generátor vybere tvar s potřebnými cestami.

Náš návrh musí hlídat shodu výstupů, průchozí kolize a dostupný cíl.

Zdroj: Jiří Macháček: Magitech – Generátor dungeonů (ČVUT, 2022)

Náhodná čísla, šum a gramatika

Perlinův šum je gradientový šum. Midpoint displacement je jiný postup tvorby terénu.

Zdroj: Shaker, Togelius, Nelson: PCG in Games, kap. 4 · Ken Perlin: Improved Noise, referenční implementace

Gramatika potřebuje kontrolu

Level → B p
B → k B z B | m B | c

B = dosud nerozvinutá překážka; svislá čára odděluje možnosti přepisu.

k = klíč · z = zámek · m = monstrum · c = chodba · p = poklad

Platně: k-m-c-z-m-c-p
Neplatně: k-m-c-z-m-z-p — jeden klíč, dva zámky.

Syntaxe, splnitelnost a zajímavost jsou různé kontroly.

Zdroj: Togelius, Shaker, Dormans: PCG in Games, kap. 5

Přepis krok za krokem

  B p
→ k B z B p
→ k m B z B p
→ k m c z B p
→ k m c z m B p
→ k m c z m c p

Přepis vybíráme pro konkrétní B. Hotový řetězec už žádné B neobsahuje.

Délka a rytmus úrovně

Stejné pravidlo pro B můžeme zasadit do jiné kostry:

Level → B B B p

Level → strážce B miniboss odměna
        B k B z boss p

• Kostra drží pořadí důležitých momentů.
• B obměňuje jednotlivé překážkové úseky.
• Rozpočet přepisů nebo hloubky omezí velikost; na hranici použijeme B → c.

Tři úseky B nejsou tři místnosti ani horní mez délky.

Zdroj: Togelius, Shaker, Dormans: PCG in Games, kap. 5

Strom přepisů ještě není mapa

Vnitřní uzly zachycují, jak jsme rozvíjeli Level a B.

Odvození je strom. Výsledkem této gramatiky je stále jedna posloupnost.

Grafový přepis: přidáme odbočku

Dole: dojdu pro K, vrátím se na rozcestí a otevřu Z.

Čísla určují identitu uzlů. Přepis musí správně zachovat jejich napojení na okolí.

Zdroj: Togelius, Shaker, Dormans: PCG in Games, kap. 5

Větvený strom: tři klíče a návraty

K1 → Z1 → K2 → Z2 → K3 → Z3 → F — pořadí postupu, ne souvislá chodba.

Cesty tvoří strom, ale klíče propojují postup napříč jeho větvemi.

Od grafu k hratelnému prostoru

Graf sám neurčuje rozměry, kolize, dohlednost ani podobu chodeb.

Po převodu znovu ověříme cestu k cíli: geometrie nesmí obejít zamýšlený zámek.

Obrazová sekvence z původních podkladů P03.

Zdroj: Dormans a Bakkes: Generating missions and spaces (2011)

Hodnocení generátoru

• Platnost: lze obsah používat a dokončit?
• Rozmanitost: mění se skutečně relevantní vlastnosti?
• Ovládání: umí návrhář zadat žádoucí omezení?
• Zážitek: funguje výsledek pro zamýšlené hráče?

Ověřte více seedů a hraniční případy. Jeden povedený obrázek nestačí.

Zdroj: Shaker, Smith, Yannakakis: PCG in Games, kap. 12

Zdroje: herní příklady

• Microsoft Learn: Simulation Distance, Render Distance, and Ticking AreasMinecraft Bedrock. Definice oblastí vykreslování a simulace, výjimky ticking areas. Ne pravidla Java Edition ani běh zavřeného programu.
• Nintendo: rozhovor s Eiji Aonumou (2017)Breath of the Wild: Stasis sudu, údery a uvolnění do nepřátel. Ne Ultrahand z Tears of the Kingdom ani simulace vzdálených objektů.
• Ludeon Studios: RimWorldOficiální popis kolonistů a AI storytellera. Ne přesný algoritmus, pevné intervaly událostí ani běh po vypnutí hry.
• Egosoft: X4 Foundations, oficiální press kitObchod NPC, výrobní řetězce a nabídka/poptávka. Nedokládá stejnou fyzikální podrobnost ve všech sektorech.
• Nintendo: Super Mario Bros., elektronický manuálMince, čas, životy a porážení nepřátel. Ne přesná pravidla všech resetů či respawnů.
• Jiří Macháček: Magitech – Generátor dungeonů (ČVUT, 2022)Studentská hra VHS. Práce popisuje hotové čtvercové dlaždice, agenty a 2D mřížku. Ne doklad aktuálního vydání hry.

Zdroje: pojmy a technické příklady

• Togelius, Shaker, Nelson: PCG in Games, kap. 1 (2016)Vymezení PCG zahrnuje mapy, pravidla, textury, příběhy a hudbu. Diablo jako příklad generování obsahu.
• Dormans a Bakkes: Generating missions and spaces (2011)Oddělení logické struktury úkolu a fyzického prostoru, generativní gramatiky.
• Shaker, Togelius, Nelson: PCG in Games, kap. 4Šumová pole, gradientový šum a fraktální terén. Hladký terén sám nezaručuje hratelnost.
• Shaker, Smith, Yannakakis: PCG in Games, kap. 12Hodnocení generátorů a jejich výstupů. Vlastní minitesty v této přednášce nejsou výsledkem studie.
• Epic Games: Random StreamsOpakovatelná posloupnost pro stejný seed. Samotný seed není uložený stav celé hry.
• Epic Games: World PartitionNačítání a uvolňování buněk kolem streaming sources. Ne automatické uložení herního postupu.
• Godot: Pausing games and process modePauza a režimy zpracování uzlů. Některé signály fungují i při zastavení zpracování.

Návaznost: cykly činností a NPC

Příště rozvineme samostatné procesy: denní cyklus, rutiny a produkci.

• Cykly činností a jejich přerušení.
• Produkce, spotřeba a závislosti.
• Rutiny NPC a jejich reakce na stav světa.

Dialogy, charakterizaci a podrobné chování NPC probereme později.

Návrhový úkol ve dvojici

Volitelný dodatek · pro cvičení nebo samostatnou práci

Vyberte jednu oblast své hry nebo přístav z dnešního příkladu.

• Zapište tři stavy, jednu hráčovu akci a jeden samostatný proces.
• Určete odchod, pauzu, uložení a návrat.
• Navrhněte dvě ověřovací situace, včetně nepříjemné hranice.

Pracovní list a kontrolní otázky

Školní model a naše návrhové volby, ne údaj o interním fungování konkrétní hry.

Aktivní test

Volitelný dodatek · ověření porozumění

Zdroj: Microsoft Learn: Simulation Distance, Render Distance, and Ticking Areas · Epic Games: World Partition · Epic Games: Random Streams · Ludeon Studios: RimWorld · Godot: Pausing games and process mode