절차적 생성

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1. 개요
2. 역사
- 2.1. 테이블탑 롤플레잉 게임
- 2.2. 비디오 게임
  - 2.2.1. 초창기
  - 2.2.2. 현대
3. 기타 활용 분야
- 3.1. 영화
- 3.2. 기타
4. 한계점 및 비판
5. 관련 학술 연구
참조

1. 개요

절차적 생성은 게임 내에서 콘텐츠를 자동으로 생성하는 기술로, 테이블탑 롤플레잉 게임에서 처음 사용되었다. 비디오 게임에서는 초기 로그라이크 장르에서 던전 생성에 활용되었으며, 이후 메모리 및 하드웨어 제약이 줄어들면서 다양한 게임 요소의 생성에 널리 사용되고 있다. 현대 게임에서는 무작위적인 게임 플레이, 맵, 레벨, 캐릭터 등을 생성하는 데 활용되며, 영화 및 기타 분야에서도 시각 효과를 위해 사용된다.

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절차적 생성 - 미스터리 서클
미스터리 서클은 곡물밭에서 발견되는 원형 또는 기하학적 무늬로, 다양한 원인에 대한 가설이 있지만 명확히 밝혀진 바는 없으며, 초기에는 단순한 원형에서 복잡한 디자인으로 발전하여 예술 및 상업적 목적으로도 제작된다.

절차적 생성
개요
유형	컴퓨터 알고리즘
설명	데이터 집합을 생성하는 방법
절차적 생성
특징	알고리즘을 사용하여 데이터를 생성하는 방법
활용 분야	텍스처 합성 3차원 모델 사운드 음악 게임 영화
생성 방법
무작위 숫자 생성	무작위 숫자를 사용하여 데이터를 생성하는 방법
미드포인트 변위 알고리즘	표면을 생성하는 방법
세포 자동자	패턴을 생성하는 데 사용될 수 있음
L-계	복잡한 데이터를 생성하는 데 사용될 수 있음
마르코프 연쇄	시퀀스를 생성하는 데 사용될 수 있음
문법 기반 시스템	콘텐트 생성에 사용될 수 있음
스크립팅	고급 사용자 정의 및 확장을 제공하는 데 사용될 수 있음
응용 분야
비디오 게임	콘텐츠 제작에 널리 사용 무작위로 생성된 레벨, 텍스처, 모델 생성
데모씬	실시간 컴퓨터 그래픽 데모 제작에 사용
영화	환경, 입자 효과, 텍스처 생성
음악	에이펙스 트윈과 같은 일부 아티스트는 절차적 생성 기술을 실험
기타	건축 컴퓨터 그래픽 인공 생명 합성 곱 신경망

2. 역사

절차적 생성은 특정 함수를 계산하는 과정을 뜻하며, 테이블탑 롤플레잉 게임(TRPG)에서 유래되어 비디오 게임 초기부터 활용되었다. 프랙탈은 절차적 생성을 통해 만들어지는 기하학적 무늬이며, 텍스처와 폴리곤 메시는 대표적인 예시이다. 소리 또한 절차적 생성이 가능하며, 음성 합성과 음악에 활용된다. 브라이언 이노는 생성 음악이라는 용어를 대중화시킨 인물로, 절차적 생성을 활용한 대표적인 음악가이다.^[34]

소프트웨어 개발자들은 오랫동안 절차적 생성 기술을 사용해 왔지만, 널리 활용되지는 않았다. 초기 비디오 게임에서 절차적으로 생성된 요소가 등장했는데, 엘더스크롤 2: 대거폴은 영국 제도 실제 크기의 약 2/3에 해당하는 세계를 구현했다. 레이븐 소프트웨어의 솔저 오브 포춘은 적 모델을 상세히 묘사하는 데 사용되었고, 후속작 솔저 오브 포춘 2: 더블 헬릭스는 랜덤 맵 모드를 특징으로 했다. 아발란체 스튜디오는 저스트 코즈를 위해 크고 다양한 열대 섬을 제작하는 데 절차적 생성을 사용했고, 헬로 게임즈의 노 맨즈 스카이는 절차적 생성 요소에 기반을 두고 있다.

현대 데모신은 비교적 작은 프로그램에 많은 시청각 콘텐츠를 담기 위해 절차적 생성을 사용한다. IEEE 계산 지능 및 게임 컨퍼런스 및 AAAI 인공지능 및 인터랙티브 디지털 엔터테인먼트 컨퍼런스와 같은 학술대회에서 매년 새로운 방법과 응용 프로그램이 발표된다.^[2]

절차적 시스템은 무한한 수의 세계를 생성할 수 있지만, 인간의 지침과 규칙이 부족하면 "절차적 오트밀"이라 불리는 문제가 발생할 수 있다는 우려가 있다.^[3] 이는 생성된 콘텐츠가 다양성 없이 비슷하게 느껴지는 현상을 의미한다.

2. 1. 테이블탑 롤플레잉 게임

어드밴스드 던전 & 드래곤과 같은 주요 테이블탑 롤플레잉 게임(TRPG) 시스템은 "던전 마스터"가 주사위를 굴려 던전과 지형을 생성하는 방법을 제공했으며, 이후 판본에서는 복잡한 분기 절차 테이블로 확장되었다.^[4] 스트래티직 시뮬레이션즈는 TSR의 라이선스 하에 이러한 출판된 테이블을 기반으로 던전을 생성하는 컴퓨터 프로그램인 던전 마스터 어시스턴트를 출시했다. 플라잉 버팔로에서 출판한 터널 & 트롤은 주로 단독 플레이를 위해 설계되었으며, 던전을 위해 유사한 절차적 생성을 사용했다.^[5] 다른 테이블탑 RPG들은 다양한 세계 요소에 대한 절차적 생성에서 유사한 개념을 차용했다.^[6]

2. 2. 비디오 게임

초기 비디오 게임에서는 메모리 제약과 같은 기술적인 한계 때문에 절차적 생성이 자주 사용되었다. 이 방식은 한정된 자원으로 다양한 콘텐츠를 만들어낼 수 있게 해주었다. 예를 들어, ''엘더스크롤 2: 대거폴''은 절차적 생성을 통해 영국 제도 실제 크기의 약 2/3에 해당하는 거대한 세계를 구현했다.^[1] 레이븐 소프트웨어의 ''솔저 오브 포춘''은 간단한 루틴을 사용하여 적 모델을 상세히 묘사했고, 후속작 ''솔저 오브 포춘 2: 더블 헬릭스''는 랜덤 맵 모드를 특징으로 했다. 아발란체 스튜디오는 ''저스트 코즈''에서 크고 다양한 열대 섬 그룹을 만들기 위해 절차적 생성을 사용했다.

하지만 절차적 생성이 항상 긍정적인 결과만 가져오는 것은 아니다. 반복 플레이가 중요한 비디오 게임에 절차적 생성을 적용했을 때, 시스템이 안내할 충분한 지침과 규칙이 부족하면 "절차적 오트밀" 문제가 발생할 수 있다. 이는 작가 케이트 콤튼이 만든 용어로, 수많은 콘텐츠가 생성되지만 사용자에게는 모두 비슷하게 느껴져 다양성과 독창성이 부족하다는 의미이다.^[3]

2. 2. 1. 초창기

로그, 비니쓰 애플 매너 같은 로그라이크 게임은 절차적 생성을 통해 던전을 생성했다.^[7] 이러한 초기 게임들은 ASCII 또는 일반적인 타일 기반 시스템에서 던전을 생성하고, 방, 복도, 몬스터 및 보물을 정의하여 플레이어에게 도전 과제를 제시했다. 이를 통해 게임의 세계를 만드는 데 과도한 시간을 들이지 않고도 복잡한 게임 플레이를 개발할 수 있었다.^[7]

메이즈 크레이즈는 알고리즘을 사용하여 매번 다른 미로를 생성했다.^[8]

엘리트는 의사 난수 생성기를 사용하여 광대한 우주를 구현하려 했다.^[9] 당초 2⁴⁸(약 282조)개의 은하계를 포함하도록 계획되었으나, 최종 버전에서는 8개의 은하계만 선택되었다.^[9]

레스큐 온 프랙탈러스는 프랙탈을 사용하여 외계 행성의 울퉁불퉁한 산을 실시간으로 절차적으로 생성했다. 리버 레이드는 선형 귀환 시프트 레지스터에 의해 생성된 의사 난수 시퀀스를 사용하여 스크롤되는 장애물 미로를 생성했다.

2. 2. 2. 현대

현대의 컴퓨터 게임들은 예전 게임들과 비교해 메모리나 하드웨어 제약이 많이 줄어들었지만, 여전히 절차적 생성을 활용하여 플레이할 때마다 독특하고 다양한 게임 경험을 제공한다.^[10]^[11]

2004년 독일의 데모 그룹이 출시한 PC용 1인칭 슈팅 게임(FPS) ''.kkrieger''는 96킬로바이트 용량의 실행 파일만으로 수백 메가바이트에 달하는 3D 그래픽과 텍스처 데이터를 생성했다. 하지만 프로그래머 중 한 명은 "게임 자체는 실패했다"고 평가했다.^[12]

네이키드 스카이 엔터테인먼트의 ''로보블리츠''는 Xbox Live 아케이드용 다운로드 파일 크기를 50MB 미만으로 유지하면서 콘텐츠를 극대화하기 위해 절차적 생성을 활용했다. 윌 라이트의 ''스포어'' 역시 절차적 생성을 사용했다.

액션 롤플레잉 게임이나 대규모 멀티플레이어 온라인 롤플레잉 게임처럼 퀘스트를 중심으로 하는 게임에서 절차적 생성은 전리품 시스템에 자주 사용된다. 예를 들어, ''보더랜드'' 시리즈는 절차적 생성을 통해 백만 개가 넘는 독특한 총과 장비를 만들어낸다.^[13]

오픈 월드나 생존 게임 장르에서는 ''마인크래프트'', ''드워프 포트리스'', ''빈티지 스토리''처럼 매번 다른 세계를 절차적으로 생성하여 플레이어에게 새로운 경험을 제공한다.

''엘리트: 데인저러스''는 은하수 은하 내 4천억 개의 별을 기반으로 절차적 생성을 통해 행성계를 구현한다. ''스타 시티즌''은 수작업으로 제작된 우주 공간에 절차적 생성으로 만들어진 행성을 배치한다. ''노 맨즈 스카이''는 절차적 생성을 통해 18쿼드린](10의 18승)개의 행성으로 구성된 거대한 우주를 구현했으며, 모든 플레이어가 동일한 콘텐츠를 경험할 수 있도록 단일 난수 시드 번호를 사용한다.^[14]^[15]^[16] ''아우테라 안테월드''는 절차적 생성과 실제 데이터를 결합하여 현실적인 지구의 가상 복제본을 만드는 게임이다.

3. 기타 활용 분야

절차적 생성은 비디오 게임 외에도 프랙탈, 텍스처, 폴리곤 메시, 음성 합성, 음악 등 다양한 분야에서 활용된다. 브라이언 이노는 '생성 음악'이라는 용어가 널리 쓰이는 계기를 제공한 대표적인 음악가이다.^[34]

현대 데모신은 비교적 작은 프로그램에 많은 시청각 콘텐츠를 담기 위해 절차적 생성을 사용한다. IEEE 계산 지능 및 게임 컨퍼런스 및 AAAI 인공지능 및 인터랙티브 디지털 엔터테인먼트 컨퍼런스와 같은 학술회의에서 매년 새로운 방법과 응용 프로그램이 발표된다.^[2]

절차적 시스템은 무한한 수의 세계를 생성할 수 있지만, 안내할 충분한 인간의 지침과 규칙이 부족하다는 우려도 존재한다. 케이트 콤튼은 이를 "절차적 오트밀"이라 칭했는데, 이는 절차적 생성으로 수천 개의 오트밀 그릇을 수학적으로 생성하는 것은 가능하지만, 사용자에게는 동일하게 인식될 수 있기 때문이다.^[3]

3. 1. 영화

영화에서 절차적 생성은 시각적으로 흥미롭고 정확한 공간을 빠르게 만들기 위해 자주 사용된다.

한 가지 응용 분야는 ''불완전한 공장'' 기법인데, 아티스트는 이를 통해 현실에서 두 객체가 완전히 똑같을 수 없다는 점을 반영하여, 비슷하지만 조금씩 다른 많은 객체를 빠르게 생성할 수 있다. 예를 들어, 식료품점 선반을 채우기 위해 다양한 상품들을 만들 때 이 기법을 활용할 수 있다.

MASSIVE는 영화 및 텔레비전의 군중 장면과 관련된 시각 효과를 생성하는 데 사용되는 고급 컴퓨터 애니메이션 및 인공 지능 소프트웨어 패키지이다. 이 소프트웨어는 피터 잭슨 감독의 ''반지의 제왕'' 영화에서 수십만 명의 병사로 구성된 전투 장면을 자동으로 만들기 위해 개발되었다.^[17]

영화에서 절차적 워크플로우를 구성할 때 코히어런트 노이즈가 매우 중요한 역할을 할 수 있다. 심플렉스 노이즈는 펄린 노이즈라고 하는 이전 함수보다 결함(아티팩트)이 적고 더 빠르기 때문에 사용된다. 여기서 코히어런트 노이즈는 n차원에서 부드러운 의사 난수를 생성하는 함수를 의미한다.

3. 2. 기타

코히어런트 노이즈(심플렉스 노이즈, 펄린 노이즈)는 영화의 절차적 워크플로우에서 매우 중요하다.^[34] 심플렉스 노이즈는 펄린 노이즈보다 아티팩트가 적고 속도가 빠르지만, 펄린 노이즈도 여전히 자주 사용된다.^[33] 여기서 말하는 코히어런트 노이즈는 n차원에서 부드러운 의사 무작위성을 생성하는 함수(의사 난수 함수)를 가리킨다.

4. 한계점 및 비판

절차적 생성은 무한한 콘텐츠를 생성할 수 있다는 장점이 있지만, '절차적 오트밀' 문제와 같은 한계점도 존재한다. 작가 케이트 콤튼이 만든 용어인 "절차적 오트밀"은, 절차적 생성으로 수천 개의 오트밀 그릇을 수학적으로 만들 수는 있지만, 사용자에게는 모두 동일하게 인식되어, 절차적 시스템이 목표로 해야 할 독창성이 부족하다는 것을 의미한다.^[3]^[20]

절차적 생성 시스템이 생성한 콘텐츠의 품질 관리 및 제어가 어려울 수 있다는 문제점도 있다. 특히 비디오 게임과 같이 반복 플레이가 중요한 경우, 절차적 시스템은 무한한 세계를 생성할 수 있지만, 이를 안내할 충분한 인간의 지침과 규칙이 부족하여 획일화된 결과물을 양산할 수 있다는 우려가 있다. 이러한 지나치게 자동화된 콘텐츠 생성이 창의성을 저해하고 획일화된 결과물을 양산할 수 있다는 비판도 제기된다.

5. 관련 학술 연구

IEEE 계산 지능 및 게임 컨퍼런스 및 AAAI 인공지능 및 인터랙티브 디지털 엔터테인먼트 컨퍼런스와 같은 컨퍼런스에서 매년 새로운 절차적 생성 방법과 응용 프로그램이 발표되고 있다.^[2]

참조

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_[2] 웹사이트 Artificial Intelligence and Interactive Digital Entertainment http://www.aiide.org[...] AIIDE.org 2016-06-12
_[3] 웹사이트 Alien Languages: How We Talk About Procedural Generation https://www.gamedeve[...] 2016-08-10
_[4] 간행물 Procedural Generation for Tabletop Games: User Driven Approaches with Restrictions on Computational Resources
_[5] 웹사이트 "A Chat with Ken St Andre Part 1" https://www.youtube.[...] YouTube.com 2021-11-06
_[6] 간행물 An Analog History of Procedural Content Generation http://www.fdg2015.o[...] 2019-10-07
_[7] 웹사이트 Rise Of The Roguelikes: A Genre Evolves http://pc.gamespy.co[...] GameSpy 2013-01-29
_[8] 웹사이트 Maze Craze http://www.atarimani[...]
_[9] 뉴스 Masters of their universe https://www.theguard[...] Guardian 2003-10-18
_[10] 웹사이트 7 uses of procedural generation that all developers should study https://www.gamedeve[...] 2016-01-01
_[11] 간행물 'No Man''s Sky': How Games Are Building Themselves https://www.rollings[...] 2016-08-09
_[12] 웹사이트 Metaprogramming for madmen https://fgiesen.word[...] 2012-04-08
_[13] 웹사이트 Why Borderlands 2 Has the Most Stylish Guns in Gaming https://blogs.wsj.co[...] 2012-04-19
_[14] 간행물 World without end : creating a full-scale digital cosmos http://www.newyorker[...] 2015-05-18
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_[30] 웹사이트 NO MAN’S SKY IS WILDLY AMBITIOUS, UTTERLY VAST AND A HUGE CHALLENGE TO THE VIDEO GAME INDUSTRY’S STATUS QUO http://time.com/no-m[...] 2016-08-08
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_[33] 웹사이트 About Massive http://www.massiveso[...] Massive Software 2016-06-12
_[34] 웹인용 A talk delivered in San Francisco, June 8, 1996 http://www.inmotionm[...] 1996-06-08

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