التوليد الإجرائي

في مجال الحوسبة ، يُعدّ التوليد الإجرائي أسلوبًا لإنشاء البيانات خوارزميًا بدلًا من يدويًا، وذلك عادةً من خلال مزيج من المحتوى المُنشأ بشريًا والخوارزميات، بالإضافة إلى العشوائية المُولّدة حاسوبيًا وقوة المعالجة. في مجال رسومات الحاسوب ، يُستخدم التوليد الإجرائي بشكل شائع لإنشاء الصور والنماذج ثلاثية الأبعاد . أما في ألعاب الفيديو، فيُستخدم لإنشاء كميات كبيرة من المحتوى تلقائيًا. وبحسب التطبيق، تشمل مزايا التوليد الإجرائي أحجام ملفات أصغر، وكميات أكبر من المحتوى، وعشوائية تُقلّل من إمكانية التنبؤ بأسلوب اللعب.

يشير مصطلح " إجرائي" إلى العملية التي تحسب دالة معينة. تُعدّ الأشكال الكسورية أنماطًا هندسية يمكن توليدها إجرائيًا في كثير من الأحيان. تشمل المحتويات الإجرائية الشائعة القوام والشبكات . غالبًا ما يتم توليد الصوت إجرائيًا أيضًا، وله تطبيقات في كل من توليف الكلام والموسيقى. وقد استُخدم لإنشاء مقطوعات موسيقية في مختلف أنواع الموسيقى الإلكترونية من قِبل فنانين مثل برايان إينو الذي روّج لمصطلح " الموسيقى التوليدية ". ^{[ 1 ]}

تم ابتكار تقنية التوليد الإجرائي في الأصل كأداة لألعاب الفيديو، للمساعدة في إنشاء المستويات والرسومات والعوالم الكاملة بأقل قدر من التدخل البشري. ظهرت العناصر المولدة إجرائيًا في ألعاب الفيديو منذ التسعينيات: تدور أحداث لعبة The Elder Scrolls II: Daggerfall في عالم مُولّد إجرائيًا في معظمه، مما يمنح العالم حجمًا يُقارب ثلثي حجم الجزر البريطانية . تستخدم لعبة Soldier of Fortune من شركة Raven Software إجراءات بسيطة لتفصيل نماذج الأعداء، بينما تضمن الجزء الثاني منها نمط مستوى مُولّد عشوائيًا. وظّفت شركة Avalanche Studios تقنية التوليد الإجرائي لإنشاء مجموعة كبيرة ومتنوعة من الجزر الاستوائية المفصلة للعبة Just Cause . أما لعبة No Man's Sky ، التي طورتها شركة Hello Games ، فهي مبنية بالكامل على عناصر مُولّدة إجرائيًا.

تستخدم مشهد العروض التوضيحية الحديثة التوليد الإجرائي لتجميع كمية كبيرة من المحتوى السمعي البصري في برامج صغيرة نسبياً.

تُعرض أساليب وتطبيقات جديدة سنوياً في مؤتمرات مثل مؤتمر IEEE حول الذكاء الحسابي والألعاب ومؤتمر AAAI حول الذكاء الاصطناعي والترفيه الرقمي التفاعلي. ^{[ 2 ]}

خاصةً في تطبيق التوليد الإجرائي في ألعاب الفيديو، المصممة لتكون قابلة لإعادة اللعب مرات عديدة، ثمة مخاوف من أن الأنظمة الإجرائية قد تُولّد عددًا لا نهائيًا من العوالم لاستكشافها، ولكن دون توجيه بشري كافٍ وقواعد تُنظّم هذه العوالم. وقد أُطلق على هذه النتيجة اسم "دقيق الشوفان الإجرائي"، وهو مصطلح صاغته الكاتبة كيت كومبتون، إذ أنه على الرغم من إمكانية توليد آلاف أطباق دقيق الشوفان رياضيًا باستخدام التوليد الإجرائي، إلا أن المستخدم سيعتبرها متشابهة، وتفتقر إلى مفهوم التفرد المُدرَك الذي ينبغي أن يسعى إليه النظام الإجرائي. ^{[ 3 ]}

يعود استخدام التوليد الإجرائي في الألعاب إلى ألعاب تقمص الأدوار الورقية (RPG). ^{[ 4 ]} وقد وفر نظام ألعاب الطاولة الرائد، Advanced Dungeons & Dragons ، طرقًا لـ"سيد الأبراج المحصنة" لتوليد الأبراج المحصنة والتضاريس باستخدام رميات النرد العشوائية، وتم توسيع هذه الطرق في الإصدارات اللاحقة بجداول إجرائية متفرعة ومعقدة. أصدرت شركة Strategic Simulations، بموجب ترخيص من TSR، برنامج Dungeon Master's Assistant ، وهو برنامج حاسوبي يُولّد الأبراج المحصنة بناءً على هذه الجداول المنشورة. صُممت لعبة Tunnels & Trolls ، التي نشرتها شركة Flying Buffalo ، ^{[ 5 ]} بشكل أساسي للعب الفردي، واستخدمت توليدًا إجرائيًا مشابهًا لأبراجها المحصنة. استعارت ألعاب تقمص أدوار ورقية أخرى مفاهيم مماثلة في التوليد الإجرائي لعناصر العالم المختلفة. ^{[ 6 ]}

تستخدم العديد من الأدوات المتاحة عبر الإنترنت لمديري الأبراج المحصنة الآن تقنية التوليد الإجرائي بدرجات متفاوتة.

كما هو الحال في ألعاب الفيديو، يُستخدم التوليد الإجرائي بكثرة في الأفلام لإنشاء مساحات جذابة بصريًا ودقيقة بسرعة. ويتجلى ذلك في تطبيقات متنوعة.

أحد تطبيقات هذه التقنية هو "المصانع غير الكاملة" ، التي يستخدمها الفنانون لإنتاج العديد من الأشياء المتشابهة بسرعة. وهذا يفسر حقيقة أنه في الحياة الواقعية، لا يوجد شيئان متطابقان تمامًا. على سبيل المثال، يمكن للفنان تصميم منتج لمتجر بقالة، ثم إنشاء "مصنع غير كامل" لإنتاج العديد من النسخ غير الكاملة لملء رف كامل.

برنامج MASSIVE هو حزمة برمجية متطورة للرسوم المتحركة الحاسوبية والذكاء الاصطناعي ، تُستخدم لإنشاء مؤثرات بصرية متعلقة بالحشود في الأفلام والمسلسلات التلفزيونية. وقد طُوّر لإنشاء جيوش قتالية تضم مئات الآلاف من الجنود تلقائيًا لأفلام "سيد الخواتم" للمخرج بيتر جاكسون . ^{[ 23 ]}

يُعدّ الضجيج المتماسك بالغ الأهمية في سير العمل الإجرائي في صناعة الأفلام. غالبًا ما يكون ضجيج سيمبلكس أسرع وأقل تشويشًا، مع إمكانية استخدام دالة أقدم تُسمى ضجيج بيرلين . في هذه الحالة، يُشير الضجيج المتماسك إلى دالة تُولّد عشوائية زائفة سلسة في فضاء ذي أبعاد n .

درس بويك كيف يمكن استخدام المناظر الحضرية المولدة إجرائياً للمساعدة في عمليات المحاكاة الاجتماعية وتدريب السيارات ذاتية القيادة. ^{[ 24 ]}

يلعب التوليد الإجرائي دورًا محوريًا في تطور التوائم الرقمية ، وهي نسخ افتراضية مفصلة للغاية لأشياء العالم الحقيقي تستخدم للمحاكاة والتحليل والتخطيط.

استُخدمت الشبكات العصبية مؤخرًا لتحسين المحتوى المُولّد إجرائيًا. ويُتيح الجمع بين أساليب التوزيع العشوائي التقليدية والتعلم العميق طرقًا جديدة لتوليد الصوت والصور والأجسام ثلاثية الأبعاد وأنواع أخرى من المحتوى. ويُعدّ هذا مفيدًا بشكل خاص في تطوير مستويات الألعاب؛ إذ يسمح التعلم المعزز بتطوير وكلاء يلعبون المستويات المُولّدة، ويعملون كمُقيّمين آليين للمحتوى. ^{[ 25 ]}

يُغيّر دمج التوليد الإجرائي مع التعلّم العميق مشهد صناعة المحتوى الرقمي. وقد أظهر زكريا وآخرون أن طرق التعلّم العميق المختلفة لتوليد مستويات لعبة سوكوبان إجرائياً لها نقاط قوة وضعف متباينة. ^{[ 26 ]}

يتطلع الباحثون مستقبلاً إلى دراسة طرق دمج نماذج اللغة الكبيرة (LLMs) مع أنظمة التوليد الإجرائي المدعومة بالتعلم العميق، بهدف تعزيز قدرتها على التكيف. ويشير زكريا إلى أن "دمج نماذج اللغة الكبيرة مع التعلم المعزز يُمكن أن يُنشئ أصولاً إجرائية تتطور ديناميكيًا بناءً على التغذية الراجعة في الوقت الفعلي". ^{[ 26 ]} وقد بحث زكريا تطبيق هياكل التعلم العميق المتقدمة، مثل مولدات LSTM (الذاكرة طويلة المدى) المُعززة وشبكات GAN (الشبكات التوليدية التنافسية)، لتحسين تصميم المستوى الإجرائي. ووجدوا أن "أخذ عينات متنوعة يزيد باستمرار من عدد الحلول والتوقيعات المُولدة"، مما يُظهر أن الأساليب الهجينة تُساعد في التغلب على مشاكل مثل الأنماط المتكررة أو نقص التنوع. ^{[ 26 ]}

• الأوتوماتا الخلوية – نموذج منفصل للحساب 
• الإبداع الحسابي – مسعى متعدد التخصصات 
• منظر طبيعي فركتالي – تضاريس طبيعية مولدة عشوائياً 
• الحركة البراونية الكسرية – مفهوم من نظرية الاحتمالات 
• الفن التوليدي – فن يتم إنشاؤه بواسطة مجموعة من القواعد، وغالبًا باستخدام أجهزة الكمبيوتر 
• الذكاء الاصطناعي التوليدي – الذكاء الاصطناعي الذي يُنشئ المحتوى 
• نظام L – نظام إعادة الكتابة ونوع القواعد الرسمية 
• مولد التوافق الخطي – خوارزمية لتوليد أرقام شبه عشوائية 
• قائمة الألعاب التي تستخدم التوليد الإجرائي
• الضوضاء (ظاهرة طيفية) – أنواع الضوضاء 
• ضوضاء بيرلين – نوع من أنواع ضوضاء التدرج في رسومات الحاسوب 
• الرسوم المتحركة الإجرائية – نوع من أنواع الرسوم المتحركة الحاسوبية 
• النمذجة الإجرائية – فئة من التقنيات في رسومات الحاسوب 
• النسيج الإجرائي – نسيج رسومات الحاسوب الذي يتم إنشاؤه إجرائياً 
• روغلايك – نوع فرعي من ألعاب الفيديو ذات الأدوار 
• مولد المناظر الطبيعية – نوع من البرامج 
• ضوضاء سيمبلكس – بناء دوال الضوضاء ذات الأبعاد n 
• الوسائط الاصطناعية – إنتاج الوسائط بشكل اصطناعي بوسائل آلية 

• إيبرت، ديفيد س.؛ موسغريف، ف. كينتون؛ بيتشي، داروين؛ بيرلين، كين؛ وورلي، ستيف (2002). التكسية والنمذجة: منهج إجرائي (  الطبعة الثالثة). مورغان كوفمان. ISBN 978-1-558-60848-1.
• شاكر، نور؛ توجليوس، جوليان؛ نيلسون، مارك جيه. (2016). توليد المحتوى الإجرائي في الألعاب: كتاب دراسي ونظرة عامة على البحوث الحالية . سبرينغر. ISBN 978-3-319-42714-0.
• مستقبل المحتوى – كلمة ويل رايت الرئيسية حول لعبة Spore والتوليد الإجرائي في مؤتمر مطوري الألعاب 2005