Застосування клітинних автоматів в GameDev
| dc.contributor.advisor | Гусєва, Ірина Ігорівна | |
| dc.contributor.author | Мішин, Михайло Євгенович | |
| dc.date.accessioned | 2023-01-05T09:53:33Z | |
| dc.date.available | 2023-01-05T09:53:33Z | |
| dc.date.issued | 2022 | |
| dc.description | Під час виконання роботи було досліджено тему застосування клітинних автоматів у ігровій індустрії, а також розроблено програмне забезпечення для роботи з тривимірними клітинними автоматами. 1. Проаналізовано використання КА в ігрових застосунках та встановлено переваги та недоліки такого використання. 2. Встановлено проблеми реалізації КА та наведено можливі рішення. 3. Розроблено програмне забезпечення GameDev з використанням КА. 4. За допомогою розробленого ПЗ досліджено процес переходу структури тривимірного клітинного автомату до стабільного положення. 5. Розроблено інтерфейс для зручної роботи з тривимірними клітинними автоматами. 6. Нові дослідження можна спрямувати на вдосконалення системи шляхом розширення функціоналу програми, підтримкою замкненого та нескінченного простору, різнокольорових клітин. | uk |
| dc.description.abstracten | Topicality. Cellular automata were discovered in the 1940s, but did not become widespread and popular until the 1970s. First of all, this is due to the fact that previously the computing power of computers and computer systems was not sufficient for conducting research on cellular automata. Currently, the development of technologies makes it possible to widely apply СA and conduct research even on multidimensional cellular automata. The development of cellular automata affects the development of such subject areas of science as the theory of automata and algorithms, theory of shri and mathematical modeling, algebra and number theory, probability theory and mathematical statistics, combinatorics and graph theory, fractal geometry, numerical mathematics, decision theory and mathematical modeling. Algorithms for building the structure of a cellular automaton have their analogues in such disciplines as: - cybernetics - СA is Conway's successful attempt to prove the existence of simple self-reproducing systems; - biology - an incredible external similarity to the development of populations of primitive organisms; - physiology - the birth and death of cells in the СA is similar to neural impulses, and also similar to the appearance of impulses in the nervous system of multicellular organisms; - astronomy - the evolution of some complex colonies in an incredible way schematically reproduces the stages of development of spiral galaxies; - solid state physics - СA are used to analyze diffusion, viscosity, thermal conductivity and "transport phenomena" in general; - quantum physics - the behavior of spacecraft is similar to the processes that occur when elementary particles collide; - nanomechanics - stationary and pulsating colonies are an illustrative example of simple nanodevices created on the basis of nanotechnology; - electrical engineering - modeling of self-healing electrical circuits; - chemistry - game-like configurations arise during chemical reactions on the surface, in particular, in Shakaeva's experiments, molecular structures appear that move like a "glider" from the game "Life". There are also attempts to explain periodic chemical reactions using multidimensional СAs. Use in supramolecular chemistry, which studies the self-organization of elementary particles; - sociology - the study of the processes of domination, displacement, absorption, coexistence, fusion and destruction of populations is similar to the phenomena that occur during the interaction of large, medium and small social groups; - philosophy - the given list of examples again suggests that everything in the universe develops according to the same few fundamental laws that have not yet been explored by man. Three-dimensional cellular automata, representing a model closest to the real world, are of great interest both from the point of view of research and for practical needs. The difficulty of working with three-dimensional space vehicles lies in the need for strong optimization of the calculation processes and storage of the system state, because with the addition of dimensions, the calculation load increases greatly. It is also important to have sufficient and convenient tools for viewing the system, because when working with three-dimensional cellular automata, we have to display the projection of a three-dimensional object on a two-dimensional plane of the screen. Cellular automata are used in many different areas: modeling of physical and chemical processes, phenomena, behavior modeling, object generation, obtaining pseudorandom sequences, game industry, and many others. Nowadays, games occupy a large part of our lives and the game industry itself has developed significantly and is used more and more often and widely. Games are used for gamification of learning, conducting some research, in the field of trade, health care, the army, for the development of mental, physical and social potential. Therefore, the field of use of games has long gone beyond just entertainment and is rapidly expanding. To create games, developers must design game locations, generate random structures, model behavior, and use random numbers, among other things. Cellular automata can help solve these and other problems and they are already in use. Cellular automata help generate 2D and 3D caves, distribute biomes across the game world, model behavior and interaction between characters and gameplay. Two-dimensional СAs, which are quite researched, can be more precisely and optimally applied, but three-dimensional automata, although applied, have the potential for optimization and improved use. This requires a more advanced study of the three-dimensional cellular automata themselves and their capabilities. The goal of the research is to develop software for the generation of three-dimensional cellular automata that meets the needs of scientists and provides the needs of the gaming industry. To achieve the goal, the following tasks must be completed: - Analyze the use of СA in game applications. Determine the advantages and disadvantages of such use. - Identify the problems of the implementation of the CA and provide their possible solutions; - Develop GameDev software using СA, which would provide the following capabilities: - Variability of generation rules. - Setting the initial state of the system, implementing the ability to save and load simulations. - Visualization and change of the current state of the system thanks to the use of two-dimensional sections in three planes. - Viewing and tracking intermediate generation steps, establishing the final state of the system through simulation cycles and iterations. - Availability for any platform. - With the use of the developed software, investigate the transition process of the structure of the three-dimensional cellular automaton to a stable position. The object of research is three-dimensional cellular automata. The subject of research is game applications Research methods: methods of evolution of cellular automata; computational mathematics and computer graphics. Scientific innovation: - the transition of three-dimensional spacecraft to a stable state was investigated; - improved methods of studying the evolution of three-dimensional space vehicles; - proposed new ways of generating three-dimensional objects and structures. Practical significance of the obtained results: - software was developed that implements the main functions for implementing the evolution of three-dimensional automata; - tools for viewing the state and structure of the spacecraft system during evolution have been developed. Publications. Zalevska O.V., Vanin V.V., Mishin M.E. disadvantages and advantages of applications for the construction of three-dimensional cellular automata (2022), Applied Geometry and Engineering Graphics, Vol. 103 Structure and scope of the thesis. The master's thesis consists of an introduction, five chapters, a conclusion, a list of references with 10 names, 1 appendix, and contains 13 figures, 32 tables. The full volume of the master's thesis is 106 pages. | uk |
| dc.description.abstractuk | Актуальність. Клітинні автомати були відкриті у 1940-х роках, але не набули поширеності та популярності до 1970-х років. Перш за все це зумовлено тим, що раніше обчислювальна потужність компʼютерів та обчислювальних систем не була достатньою для проведення досліджень клітинних автоматів. Наразі розвиток технологій надає можливість широко застосовувати КА та проводити дослідження навіть багатовимірних клітинних автоматів. Розвиток клітинних автоматів впливає на розвиток таких предметних галузей наук, як теорія автоматів та алгоритмів, теорія шри та математичне моделювання, алгебра та теорія чисел, теорія ймовірності та математична статистика, комбінаторика та теорія графів, фрактальна геометрія, чисельна математика, теорія прийняття рішень та математичне моделювання. Алгоритми побудови структури клітинного автомату маю свої аналоги в таких дисциплінах, як: - кібернетика - КА є вдалою спробою Конвея доказати існування простих самовідтворюємих систем; - біологія - неймовірна зовнішня подібність до розвитку популяцій примітивних організмів; - фізіологія - народження та загибель клітин у КА є подібним до нейронних імпульсів, а також схожі на появу імпульсів у нервовій системі багатоклітинних організмів; - астрономія - еволюція деяких складних колоній неймовірним способом схематично відтворює етапи розвитку спіралеподібних галактик; - фізика твердого тіла - КА застосовуються для аналізу диффузії, в’язкості, теплопровідності та “явищ переносу” в цілому; - квантова фізика - поведінка КА є подібною до процесів, що відбуваються при зіткненні елементарних частинок; - електротехніка - моделювання самовідновлюючихся електро ланцюгів; - хімія - конфігурації, подібні до гри, виникають під час хімічних реакцій на поверхні, зокрема у експериментах Шакаєвої виникають молекулярні конструкції, які рухаються подібно “планеру” з гри “Життя”. Також відбуваються спроби пояснити періодичні хімічні реакції за допомогою багатовимірних КА. Використання в супрамолекулярнії хімії, яка вивчає самоорганізацію елементарних частинок; - соціологія - вивчення процесів домінації, витіснення, поглинання, співіснування, злиття та знищення популяцій схоже до явищ, які відбуваються при взаємодії великих, середніх і малих соціальних груп; - філософія - наведений список прикладів знову наводить на думку, що у Всесвіті все розвивається за одними і тими самими декількома фундаментальними законами, які ще не є досліджені людиною. Тривимірні клітинні автомати, що представляють собою модель найбільш близьку до реального світу, викликають великий інтерес як з точки зору досліджень, так і для практичних потреб. Складність роботи з тривимірними КА полягає у необхідності сильної оптимізації процесів розрахунку та зберігання стану системи, адже з додаванням вимірів сильно зростає навантаження на обчислення. Також важливо мати достатні та зручні інструменти для перегляду системи, адже при роботі з тривимірними клітинними автоматами ми маємо відображати проекцію тривимірного обʼєкта на двовимірній площині екрану. Клітинні автомати застосовуються у багатьох різних сферах: моделювання фізичних і хімічних процесів, явищ, моделювання поведінки, генерація обʼєктів, отримання псевдовипадкових послідовностей, ігрова індустрія і багато інших. В наші дні ігри займають велику частину нашого життя і сама ігрова індустрія набула значного розвитку та використовується дедалі частіше і ширше. Ігри використовуються для гейміфікації навчання, проведення деяких досліджень, у торговельній сфері, охороні здоровʼя, армії, для розвитку психічного, фізичного та соціального потенціалу. Отже сфера використання ігор давно вийшла за межі лише розваг і швидко розширюється. Для створення ігор, серед іншого, розробники мають розробляти ігрові локації, генерувати випадкові структури, моделювати поведінку та використовувати випадкові числа. З вирішенням цих та інших задач можуть допомагати клітинні автомати і вони вже використовуються. Клітинні автомати допомагають генерувати двовимірні та тривимірні печери, розподіляти біоми по ігровому світу, моделювати поведінку та взаємодію між персонажами та ігровими процесами. Двовимірні КА, які є доволі дослідженими, можна більш точно та оптимально застосовувати, але тривимірні автомати, хоч і застосовуються, мають потенціал до оптимізації та покращення використання. Це потребує більш досконалого вивчення самих тривимірних клітинних автоматів та їх можливостей. Метою дослідження є розробка програмного забезпечення для генерації тривимірних клітинних автоматів, що відповідає потребам науковців та забезпечує потреби ігрової індустрії. Для досягнення поставленої мети необхідно виконати наступні завдання: - Проаналізувати використання КА в ігрових застосунках. Встановити переваги та недоліки такого використання. - Встановити проблеми реалізації КА та навести можливі їх рішення; - Розробити програмне забезпечення GameDev з використанням КА, що забезпечувало б наступні можливості: - Варіативність правил генерації. - Задання початкового стану системи, реалізація можливості зберігати та завантажувати симуляції. - Візуалізація та зміна поточного стану системи завдяки використанню двомірних перерізів за трьома площинами. - Перегляд та відстежування проміжних кроків генерації, встановлення кінцевого стану системи за допомогою циклів та повторів симуляції. - Доступність для будь-якої платформи. - За допомогою розробленого ПЗ дослідити процес переходу структури тривимірного клітинного автомату до стабільного положення. Об’єктом дослідження є тривимірні клітинні автомати. Предметом дослідження є ігрові застосунки Методи дослідження: методи еволюції клітинних автоматів; обчислювальної математики та комп’ютерної графіки. Наукова новизна: − досліджено перехід тривимірних КА до стабільного стану; − вдосконалено методи дослідження еволюції тривимірних КА; − запропоновані нові способи генерації тривимірних об’єктів та структур. Практичне значення отриманих результатів: − розроблено програмне забезпечення, що реалізує основні функції по реалізації еволюції тривимірних автоматів; − розроблено засоби перегляду стану та структури системи КА під час еволюції. Публікації. 1. Залевська О.В., Ванін В.В., Мішин М.Є. Недоліки та переваги застосунків для побудови тривимірних клітинних автоматів (2022), Прикладна геометрія та інженерна графіка, Вип. 103 Структура і обсяг дипломної роботи. Магістерська дисертація складається зі вступу, п’яти розділів, висновку, переліку посилань з 10 найменувань, 1 додаток, і містить 13 рисунків, 32 таблиці. Повний обсяг магістерської дисертації складає 106 сторінок. | uk |
| dc.format.page | 122 с. | uk |
| dc.identifier.citation | Мішин, М. Є. Застосування клітинних автоматів в GameDev : магістерська дис. : 121 Інженерія програмного забезпечення / Мішин Михайло Євгенович. – Київ, 2022. – 122 с. | uk |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/51711 | |
| dc.language.iso | uk | uk |
| dc.publisher | КПІ ім. Ігоря Сікорського | uk |
| dc.publisher.place | Київ | uk |
| dc.subject | клітинний автомат | uk |
| dc.subject | еволюція | uk |
| dc.subject | тривимірність | uk |
| dc.subject | ігрові застосунки | uk |
| dc.subject | динамічна система | uk |
| dc.subject | cellular automata | uk |
| dc.subject | three-dimensionality | uk |
| dc.subject | game applications | uk |
| dc.subject | dynamic system | uk |
| dc.subject.udc | 004.4 | uk |
| dc.title | Застосування клітинних автоматів в GameDev | uk |
| dc.type | Master Thesis | uk |
Файли
Контейнер файлів
1 - 1 з 1
Вантажиться...
- Назва:
- Mishyn_magistr.pdf
- Розмір:
- 3.5 MB
- Формат:
- Adobe Portable Document Format
- Опис:
Ліцензійна угода
1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
- Назва:
- license.txt
- Розмір:
- 1.71 KB
- Формат:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Опис: