Электронные библиотеки

Формирование российской школы исследования видеоигр

Уважаемые коллеги, исследователи и энтузиасты игровой индустрии!

     Представляю вашему вниманию первую часть тематического выпуска, организованного на базе научных трудов II Всероссийской конференции разработчиков видеоигр "Homo Ludens" (Человек Играющий), которая состоялась в стенах Казанского федерального университета 27 декабря 2024 года. Эта конференция стала значимой площадкой для обмена опытом, идеями и инновационными разработками в области создания видеоигр. Мы собрали под одной крышей талантливых исследователей, разработчиков и студентов, объединенных общей целью – развития отечественной игровой индустрии и продвижения научного подхода к разработке игр.
     Работы, представленные ниже, охватывают широкий спектр актуальных направлений: от генеративных методов создания адаптивных персонажей и автоматизированного переноса игровых сцен между движками до анализа биометрических данных для разработки адаптивных сред в виртуальной реальности и типизации кооперативных механик многопользовательских игр. Отрадно видеть такие исследования, направленные на оптимизацию процессов разработки, как создание синтетических датасетов для скиннинга 3D-моделей и разработка документации игрового дизайна для VR-проектов.
      Каждая работа, вошедшая в тематический выпуск, представляет собой уникальный вклад в развитие теоретической и практической баз игровой разработки. Междисциплинарный характер исследований наглядно демонстрирует, что современное игростроение находится на стыке программирования, дизайна, психологии, математики и искусства.
      Выражаю искреннюю благодарность всем авторам за их вклад в формирование научного дискурса в области разработки видеоигр, а также организационному комитету конференции, рецензентам и всем, кто принимал участие в подготовке и проведении этого мероприятия.
     Уверена, что материалы тематического выпуска будут полезны как опытным специалистам, так и студентам, только начинающим свой путь в захватывающем мире разработки видеоигр. Надеюсь, что конференция "Homo Ludens" продолжит свое развитие и в будущем станет еще более представительной и значимой площадкой для профессионального общения и обмена опытом.

Председатель конференции "Homo Ludens", редактор-составитель тематического выпуска,

В.В. Кугуракова

Рассмотрены возможности генеративных нейросетевых симуляций с фокусом на применении методов обучения с подкреплением и нейросетевых мировых моделей для создания интерактивных миров. Описаны ключевые достижения в области обучения агентов с использованием обучения с подкреплением. Особое внимание уделено нейросетевым моделям мира, а также генеративным моделям, таким как Oasis, DIAMOND, Genie и GameNGen, использующим диффузионные сети для создания реалистичных и интерактивных игровых миров. Рассмотрены возможности и ограничения моделей генеративных симуляций, такие как проблемы с аккумуляцией ошибки и ограничениями памяти, а также их влияние на качество генерации. В заключении названы темы дальнейших исследований.

Рассмотрены технические проблемы переноса игровых сцен между различными игровыми движками. Проанализированы ключевые вызовы, связанные с различиями форматов хранения сцен, несовместимостью API рендеринга и физического моделирования, проблемами конвертации материалов, шейдеров и анимационных данных, а также различиями в системах координат. Представлены существующие инструменты и методы, включая автоматизированные решения для экспорта, преобразования и импорта данных, с особым акцентом на перенос контента из Unreal Engine в Unigine. Дополнительно обсуждены фундаментальные подходы к решению задачи – применение универсальных форматов обмена (FBX, glTF, USD), создание промежуточного слоя (middleware) и модульный дизайн игровых сцен, что открывает перспективы для будущей автоматизации процесса. Приведены результаты исследований по формальному описанию логики игровых систем и подходы к портированию VR-приложений между различными библиотеками. Полученные выводы позволяют сформулировать практические рекомендации для разработчиков и обозначить направления дальнейших исследований в области автоматизированного переноса контента между игровыми движками.

Представлена методика создания синтетического набора данных с использованием системы MetaHuman для оптимизации скиннинга 3D-моделей. Основное внимание уделено улучшению качества привязки (скиннинга) геометрии к скелетам персонажей за счет разнообразия генерируемых высокореалистичных моделей. С помощью MetaHuman сформирован обширный датасет, включающий десятки виртуальных персонажей с различными антропометрическими характеристиками и точно заданными весовыми параметрами скиннинга. На основе этих данных обучен алгоритм, оптимизирующий распределение весов между костями и поверхностью модели.

Предложенный подход автоматизирует процесс настройки весов, что поз-воляет значительно сократить ручной труд риггеров и повысить точность дефор-маций при анимации. Эксперименты показали, что использование синтетических данных приводит к сокращению ошибок скиннинга и более плавным движениям модели по сравнению с традиционными методами. Результаты работы имеют непосредственное применение в индустрии видеоигр, анимации, виртуальной реальности и симуляций, где требуется быстрый и качественный риггинг множества персонажей. Предложенный метод может быть интегрирован в существующие графические движки и конвейеры разработки в виде плагина или инструмента, облегчая внедрение технологии в практические проекты.

Рассмотрены уникальные аспекты разработки игрового дизайн-документа для массовой многопользовательской онлайновой ролевой игры в виртуальной реальности (VR). Обсуждены актуальность и проблемы проектирования таких игр, описаны существующие подходы к созданию и адаптации документации под VR, а также определены такие ключевые вопросы в VR, как сетевое взаимодействие, погружение, взаимодействие игроков и неигровых персонажей, управляемые искусственным интеллектом. Предложен методологический подход к построению игрового дизайн-документа для игр этого жанра на примере технической спецификации нескольких игр с акцентом на структурирование и стандартизацию документа. Представлены будущие направления разработок, включая формальные описания игровой логики для переносимости сцен, перспективы автоматизированного портирования VR и инструменты для автоматической генерации. В заключении подчеркнута важность стандартизации технических спецификаций и предложены направления для дальнейших исследований.

Проект разработки тренажера виртуальной реальности для пренатального выявления врожденных пороков сердца и сопутствующих заболеваний направлен на улучшение специализированной подготовки в области пренатальной диагностики с помощью иммерсивных технологий. Особенно заслуживает внимания теоретический модуль «Мой друг – легкое», который позволяет в игровой форме изучать анатомию сердечно-сосудистой системы плода с помощью 3D-головоломок, заданий на время и бейджей, добиваясь хороших результатов в ходе пилотного тестирования. Практический модуль имитирует УЗИ с помощью тактильных устройств, снижая количество диагностических ошибок и позволяя создавать персонализированные УЗИ. В качестве основного источника информации была собрана база данных с 1200 маркированными исследованиями. Реализация проекта направлена на первоначальное снижение количества клинических ошибок, что может привести к снижению перинатальной смертности. Этот проект объединяет технологические инновации, медицинскую строгость и интерактивную педагогику, позиционируя геймификацию как важный инструмент в медицинском образовании и закладывая основу для его распространения на другие специальности.

Проведена типизация кооперативных механик многопользовательских видеоигр. Кооперативные игровые механики представляют собой ключевые элементы геймдизайна, определяющие способы взаимодействия игроков в совместном игровом процессе. Проанализированы существующие исследования в данной области и выделены основные принципы, влияющие на успешность кооперативного взаимодействия. Выделены и классифицированы восемь типов кооперативных механик: совместные, кооперативно-эмергентные, альтруистические, социально-экономические, комплементарные, механики одновременного управления, штрафующие и цепные.

Сделан вывод, что успешные кооперативные механики строятся на принципах комплементарности ролей, сочетании различных способностей и необходимости распределения задач ради достижения общей цели. Предложенная классификация способствует систематизации знаний в области геймдизайна и может быть полезна разработчикам многопользовательских видеоигр. В дальнейшем классификация может быть уточнена и расширена с учетом эволюции индустрии и появления новых форм кооперации.

В настоящее время разработка онтологических моделей построения границ и их контуров по движущимся объектам в реальном времени или близком к нему является актуальной задачей. В связи с этим в статье приведена онтологическая модель реализации данного процесса. Рассмотрены основные алгоритмы детекции границ объектов на изображении, а также представлены программные коды для их реализации. Отмечено, что для распознавания контуров наиболее лучшим является алгоритм Канни. Вместе с этим определён и его серьезный недостаток, заключающий в том, что при незначительном движении объектов более 50% информации о контурах теряется.

Численно получены зависимости первых четырёх частот собственных колебаний плоской регулярной фермы распорного типа. Использована модель, в которой масса фермы концентрируется в её узлах. Для расчёта жёсткости фермы использована формула Максвелла–Мора. Для первой частоты методом индукции с использованием упрощённого варианта метода Донкерлея в системе компьютерной математики Maple построена аналитическая зависимость от числа панелей. Показано хорошее совпадение с численным результатом. Получена формула для статического прогиба фермы как функция числа панелей, размеров и нагрузки.

В работе построено преобразование любого произвольного сигнала в строго периодическую форму, которое позволяет применять обычное преобразование Фурье для аппроксимации уже преобразованного сигнала. Наиболее интересным приложением (по мнению авторов) является аппроксимация сигналов с частотно-фазовой модуляцией, которые фактически находятся внутри найденного преобразования. Это новое преобразование будет полезным для описания откликов различных сложных систем, когда отсутствует обычная модель описания. В качестве доступных данных мы рассматриваем метеоданные, соответствующие измерениям концентрации метана (CH₄) в атмосфере в течение 4 недель наблюдений. Было важно рассмотреть интегральные (кумулятивные) данные и найти их амплитудно-частотную характеристику (АЧХ). Если рассматривать каждый столбец как сигнал с частотно-фазовой модуляцией, то АЧХ можно оценить с помощью преобразования Фурье, период которого равен 2π, что справедливо для любого анализируемого случайного сигнала. Такое «универсальное» преобразование Фурье позволяет описать широкий набор случайных сигналов и сравнить их между собой по АЧХ. Эти новые возможности традиционного Фурье-анализа позволяют преобразованию Фурье стать еще более востребованным инструментом в арсенале методов, используемых исследователями в области обработки данных.

Рассмотрена методика разработки учебных формальных исполнителей с использованием комбинированного пиктограммно-текстового интерфейса на языке программирования Python. Актуальность исследования обусловлена необходимостью совершенствования подходов к обучению алгоритмизации и программированию в школьном курсе информатики. Представлен разработанный инструментарий для создания формальных исполнителей, сочетающий наглядность пиктограмм с возможностями текстового программирования. Особое внимание уделено практическим аспектам реализации, включая использование встроенных методов Python для обработки графических и текстовых данных.

Предложен метод оценки флуктуационных характеристик распределённых объектов на основе флуктуационного анализа в предположении, что оценка оптического потока является аналогом приращений случайного блуждания. Достоверность и применимость метода проверены в двух вычислительных экспериментах. Первый эксперимент посвящён анализу броуновского движения компактного объекта. Во втором подтверждена адекватность метода для оценки динамических характеристик пространственно-распределённого флуктуирующего объекта. В рамках обоих экспериментов контроль показателя Херста осуществлен методом флуктуационного анализа с исключением тренда. Полученные результаты указывают на потенциальную применимость метода и необходимость его дальнейшей оптимизации с целью повышения робастности.

Рассмотрена проблема влияния глобальной блокировки интерпретатора на производительность многопоточных приложений в Python. Описана концепция субинтерпретаторов как одного из решений, позволяющих обходить ограничения GIL и обеспечивать эффективное параллельное выполнение кода. Проведен сравнительный анализ субинтерпретаторов с традиционными методами параллельных вычислений, такими как использование процессов и потоков. Результаты экспериментов показали, что субинтерпретаторы значительно повышают производительность в условиях высоких вычислительных нагрузок. Кроме того, исследованы возможности применения субинтерпретаторов в веб-разработках. Отмечены преимущества использования названного подхода для обработки запросов и управления ресурсами в современных веб-приложениях, что может значительно улучшить их масштабируемость и отклик. Новизна проведенного исследования заключается в глубоком анализе субинтерпретаторов в контексте конкретных сценариев использования, что ранее не получило достаточного освещения в научной литературе. Результаты работы подчеркивают необходимость дальнейшего изучения субинтерпретаторов как альтернативного подхода в Python и интерес к этому разработчиков и исследователей в области высокопроизводительных вычислений.

Проанализирована структура служебных записок кафедры высшего учебного заведения с целью упрощения ретроспективного поиска среди массива документации и выделения групп однотипных документов. Установленные правила классификации служебных записок на основе формальных признаков позволят значительно упростить процесс поиска и работы с ними, а также создания новых типовых документов.