توليف النموذج

📅 آخر تحديث: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

توليف النموذج (وأيضًا انهيار الدالة الموجية أو(wfc ) هي عائلة من خوارزميات حل القيود شائعة الاستخدام في التوليد الإجرائي ، وخاصة في صناعة ألعاب الفيديو .

توليف النموذج/النسيج الناتج عن WFC
مثال على نسيج تم إنشاؤه باستخدام WFC.
الصورة النقطية المصدرية المستخدمة لإنشاء الصورة أعلاه.

تتضمن بعض ألعاب الفيديو المعروفة باستخدامها لأنواع مختلفة من الخوارزمية Bad North و Townscaper و Caves of Qud .

وصف بول ميريل أول مثال لهذا النوع من الخوارزميات، وأطلق عليه اسم "توليف النموذج" في ورقته البحثية المنشورة في مؤتمر i3D عام 2007 [ 1 ] ، كما قدمه في مؤتمر SIGGRAPH عام 2008 وفي أطروحته للدكتوراه عام 2009. [ 2 ] وأصبح اسم " انهيار الدالة الموجية " لاحقًا الاسم الشائع لأحد متغيرات هذه الخوارزمية، بعد أن نشر ماكسيم جومين تطبيقًا لها عام 2016 على مستودع GitHub يحمل هذا الاسم. [ 3 ] وقد ساهم تطبيق جومين بشكل كبير في انتشار هذا النمط من الخوارزميات، حيث اعتمده وطوّره على نطاق واسع الفنانون التقنيون ومطورو الألعاب خلال السنوات اللاحقة. [ 3 ]

استُلهم تطبيق غومين من عدة مصادر، منها أطروحة الدكتوراه لميريل، ونقل نمط الشبكات العصبية الالتفافية . [ 4 ] [ 5 ] يُشتق الاسم الشائع للخوارزمية، "انهيار الدالة الموجية"، من تشبيه بين طريقة الخوارزمية ومفهوم التراكب والملاحظة في ميكانيكا الكم . [ 6 ] [ 7 ] من بين الابتكارات التي تضمنها تطبيق غومين استخدام الأنماط المتداخلة، مما يسمح باستخدام صورة واحدة كمدخل للخوارزمية. [ 8 ]

وقد تكهن البعض بأن السبب وراء كون تطبيق غومين أكثر شعبية من تطبيق ميريل، قد يعود إلى انخفاض إمكانية الوصول إلى تطبيق "توليف النموذج"، أو تركيزه على الأبعاد الثلاثية، أو ربما قيود الحوسبة لدى عامة الناس في ذلك الوقت. [ 9 ]

يتمثل أحد الاختلافات بين تطبيق ميريل وجومين و"انهيار الدالة الموجية" في تحديد الخلية التي سيتم "انهيارها" تالياً. يستخدم تطبيق ميريل أسلوب المسح الخطي، بينما يختار تطبيق جومين دائماً الخلية ذات أقل إنتروبيا كخلية تالية. [ 10 ]

وصف

تتضمن خوارزمية WFC أو "توليف النموذج" بعض المتغيرات. [ 6 ] يرد وصف تطبيقات جومين وميريل أدناه، مع الإشارة إلى المتغيرات الأخرى:

تطبيق غومين

  1. تتم قراءة الصورة النقطية المدخلة، ويتم عد الأنماط الموجودة داخل الصورة النقطية.
  2. يتم إنشاء مصفوفة بأبعاد المخرجات المطلوبة.
  3. يتم تهيئة كل خلية من خلايا المصفوفة في حالة "غير مراقبة".
  4. تُكرر الخطوات التالية:
    1. توجد الخلية التي تحتوي على أقل عدد من حالات الإخراج الممكنة
    2. قم بطي هذه الخلية إلى إحدى حالاتها الممكنة وفقًا للقواعد
    3. تأكد من أن جميع الخلايا لا تزال صالحة واتبع القواعد
  5. بمجرد أن تصبح جميع الخلايا في حالة محددة، أعد الناتج. إذا كان الناتج غير صالح، فتجاهله، وكرر العملية حتى يصبح صالحًا.

تطبيق ميريل

إن تطبيق ميريل السابق هو نفسه إلى حد كبير تطبيق جومين مع بعض الاختلافات الطفيفة.

(1) في نسخة ميريل، لا يُشترط اختيار الخلية ذات أقل عدد من حالات الإخراج الممكنة للانهيار. بدلاً من ذلك، يُعتمد أسلوب خط المسح. ووفقًا لميريل، ينتج عن ذلك معدل فشل أقل للنموذج دون أي تأثير سلبي على الجودة. [ 10 ] مع ذلك، لاحظ بعض المعلقين أن أسلوب خط المسح في "الانهيار" يميل إلى إنتاج تشوهات اتجاهية. [ 11 ]

(2) يعتمد أسلوب ميريل على تنفيذ الخوارزمية على مراحل، بدلاً من تنفيذها دفعة واحدة. يقلل هذا الأسلوب بشكل كبير من معدل الفشل للعديد من النماذج المعقدة الكبيرة، وخاصة في الفضاء ثلاثي الأبعاد. [ 10 ]

التطورات

في أبريل 2023، اقترح شاد ألاكا ورافائيل بيدارا من جامعة دلفت "انهيار دالة الموجة الدلالية الهرمية". ويتمثل جوهر هذا الخوارزمية في تعديلها لتتجاوز نطاق مجموعات البلاطات البسيطة وغير المنظمة. قبل هذا العمل، كانت جميع متغيرات خوارزمية WFC تعمل على مجموعة مسطحة من خيارات البلاطات لكل خلية. [ 12 ]

يُنظّم نهجهم العام مجموعات البلاطات في تسلسل هرمي، يتألف من عُقد مجردة تُسمى "بلاطات ما وراء البلاطات"، وعُقد نهائية تُسمى "بلاطات الأوراق". [ 13 ] على سبيل المثال، في المرحلة الأولى، قد يجعل WFC بلاطة معينة بلاطة ما وراء البلاطات من نوع "قلعة"؛ والتي في المرحلة الثانية سيتم دمجها في بلاطات أخرى بناءً على قاعدة، مثل بلاطة "جدار" أو بلاطة "عشب".

مراجع

  1. ↑ ميريل، بول (أبريل 2007). "توليف النماذج القائم على الأمثلة". وقائع ندوة 2007 حول الرسومات ثلاثية الأبعاد التفاعلية والألعاب (ملف PDF) . الصفحات 105-112 . doi : 10.1145/1230100.1230119 . ISBN  978-1-59593-628-8.
  2. ↑ ميريل، بول (2009). توليف النماذج (ملف PDF) . تشابل هيل.{{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )
  3. 1 2 ألاكا، شاد؛ بيدارا، رافائيل (2023). "انهيار دالة الموجة الدلالية الهرمية" . وقائع المؤتمر الدولي الثامن عشر حول أسس الألعاب الرقمية . ص 2. doi : 10.1145/3582437.3587209 . ISBN  978-1-4503-9855-8في عام 2016 ، أطلق ماكسيم جومين خوارزمية WFC، ونشر مستودعًا يحتوي على تطبيقه الأولي. ومنذ ذلك الحين، كان لـ WFC تأثير عميق على الفنانين التقنيين ومطوري الألعاب، حيث تم اعتمادها وتكييفها واستخدامها في مشاريع تجارية منشورة وأخرى قادمة (مثل Caves of Qud وTownscaper وMatrix Awakens).
  4. ↑ ميريل، بول (6 أغسطس 2023). النمذجة الإجرائية باستخدام قواعد الرسم البياني (فيديو). يبدأ الحدث عند الدقيقة 3:13.
  5. ↑ "تطبيق انهيار الدالة الموجية وتقسيم الفضاء الثنائي لتوليد الأبراج المحصنة الإجرائية" . شان خان . 21-03-2021 . تاريخ الاسترجاع: 24-03-2024 . في حالة WFC، فهي مستوحاة من ثلاث خوارزميات ومفاهيم مميزة ولكنها متشابهة وظيفيًا؛ وهي: توليف النسيج (وتحديدًا التوليف المنفصل)، وسلاسل ماركوف، وميكانيكا الكم. كما استُلهمت WFC أيضًا من نقل نمط الشبكة العصبية الالتفافية (نقل نمط CNN).
  6. 1 2 غومين، ماكسيم (سبتمبر 2016)، خوارزمية انهيار الدالة الموجية ، تم الاطلاع عليه بتاريخ 24-03-2024
  7. ↑ «شرح خوارزمية انهيار الدالة الموجية بوضوح شديد» . روبرت هيتون . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24-03-2024 .
  8. ↑ غومين، ماكسيم (سبتمبر 2016)، خوارزمية انهيار الدالة الموجية ، تم الاطلاع عليه بتاريخ 25-03-2024
  9. ↑ ألاكا، شاد (2023). "انهيار دالة الموجة الدلالية الهرمية" . وقائع المؤتمر الدولي الثامن عشر حول أسس الألعاب الرقمية . ص 2. doi : 10.1145/3582437.3587209 . ISBN  978-1-4503-9855-8قبل سنوات ، نشر ميريل خوارزمية توليف النموذج المتطابقة من حيث المفهوم، على الرغم من أنها لم تنتشر بقدر ما انتشرت WFC، ربما بسبب انخفاض إمكانية الوصول إليها، وتركيزها الرئيسي على الأبعاد الثلاثية ومتطلبات الحوسبة في ذلك الوقت.
  10. 1 2 3 ميريل، بول (28 يوليو 2021). "مقارنة بين توليف النموذج وانهيار الدالة الموجية" (ملف PDF) . يكمن الاختلاف الأول في خطوة اختيار الخلية وتحديد تصنيفها. يتم اختيار الخلايا بترتيب مختلف. يقوم توليف النموذج بمسح الشبكة بترتيب خط المسح، بينما يختار انهيار الدالة الموجية الخلية ذات أقل إنتروبيا.
  11. ↑ DV Gen (١٧ أبريل ٢٠٢٣). التوليد الإجرائي باستخدام انهيار دالة الموجة وتوليف النموذج | مدونة مطوري Unity (فيديو). يبدأ الحدث عند الدقيقة ١٥:١٣. لسوء الحظ، قد تُسبب هذه الطريقة تشوهات اتجاهية.
  12. ↑ ألاكا، شاد؛ بيدارا، رافائيل (أبريل 2023). "انهيار دالة الموجة الدلالية الهرمية" . وقائع المؤتمر الدولي الثامن عشر حول أسس الألعاب الرقمية . ص 1-10 . doi : 10.1145/3582437.3587209 . ISBN  978-1-4503-9855-8. على حد علمنا، تعمل جميع متغيرات خوارزمية WFC هذه على مجموعة مسطحة من خيارات البلاط لكل خلية.
  13. ↑ ألاكا، شاد؛ بيدارا، رافائيل (أبريل 2023). "انهيار دالة الموجة الدلالية الهرمية" . وقائع المؤتمر الدولي الثامن عشر حول أسس الألعاب الرقمية . ص 1-10 . doi : 10.1145/3582437.3587209 . ISBN  978-1-4503-9855-8نقترح حلاً لهذه العيوب من خلال تقديم (1) مفهوم البلاطة الميتا، وهي بلاطة مجردة تمثل مجموعة دلالية من البلاطات، إلى جانب (2) بنية تشبه الرسم البياني قادرة على تمثيل التسلسل الهرمي بينها والقيود بينها.