Признак и свойство
Признак — это то, по чему мы узнаем предмет или выделяем его среди других. Это внешняя черта, «улика» или примета.
Свойство — это то, как предмет себя ведет или какими характеристиками обладает сам по себе. Это внутреннее качество, которое проявляется во взаимодействии.
Признак отвечает на вопрос: «Как я пойму, что это оно?» Это видит игрок на экране.
Свойство отвечает на вопрос: «Какое оно на самом деле?» Это знает только разработчик; и полнота информации для игрока определяется только создателями видеоигры.
Основные понятия из генетики
Генетика — наука о закономерностях наследственности и изменчивости. [6]
Генетика как наука закрепилась в 1900 году, после того как другие исследователи независимо друг от друга «переоткрыли» законы наследования признаков, установленные священником Г. И. Менделем ещё в 1865 году.
Ген — функционально неделимая единица генетического материала, которая будет кодировать последовательность свойств.
В широком смысле ген (геном) — участок ДНК, определяющий возможность развития отдельного элементарного признака.
Let’s build a Zoo (November 5, 2021).
Фенотип — совокупность всех внешних и внутренних признаков организма. В контексте видеоигр — фенотип, это то, что видит игрок через монитор или другие видеоустройства (периферийная техника) в процессе взаимодействия с игрой.
Генотип — совокупность всех генов организма. Это объект, правила изменения которого определяются геймдизайнером. Они также могут быть скрыты или частично скрыты от игрока.
Генотип (Genotype) и фенотип (Phenotype)
Наследственность — свойство организмов передавать свои признаки от одного поколения к другому.
Изменчивость — свойство организмов приобретать новые по сравнению с родителями признаки. В широком смысле под изменчивостью понимают различия между особями одного вида.
Признак — любая особенность строения ДНК, любое свойство организма. Развитие признака зависит как от присутствия других генов, так и от условий среды, формирование признаков происходит в ходе индивидуального развития особей. Именно поэтому каждая отдельно взятая особь обладает набором признаков, характерных только для неё.
Аллель — это различные формы одного и того же гена или последовательности генов, расположенные в одинаковых участках хромосом [4].
Аллельные гены — гены, расположенные в идентичных хромосомах. Конкретнее, это две последовательности генов (свойств), которые будут перемешиваться, например: при размножении двух особей [4].
Доминантный ген — это «приоритетное» свойство. Достаточно, чтобы оно выпало хотя бы в одной паре слотов. Затем видеоигра, к примеру, сразу же отрисует его эффект, полностью игнорируя другое свойство.
Рецессивный ген — это «скрытое» свойство. Например: очень красивый визуальный эффект, который активируется только в том случае, если в оба слота (аллели от скрещиваемых особей) выпадет точно такой же ген.
Если в паре аллельных генов есть кто-то сильнее, то рецессивный ген останется неактивным. Игрок не увидит изменений; при этом генотип изменится, а фенотип не поменяется.
Пример: за синий цвет глаза отвечает рецессивный ген (символом b). Доминантный ген B изменяет цвет глаза на карий.
Дополнение к иллюстрации выше: комбинации Bb, bB равноценны; доминантный ген B подавит свойства слабого гена b, поэтому у обоих генотипов (Bb и bB) глаза будут карими.
Алгоритмы для систем
Генетические алгоритмы (ГА)
Краткое описание идеи метода:
Имеется популяция или множество сущностей в виде геномов. Самые подходящие особи выживают, «скрещиваются» (обмениваются частями генов) и иногда мутируют (часть генома меняется случайно).
Блок-схема работы генетического алгоритма. В качестве популяции может выступать одна единственная сущность.
Схему выше часто называют упрощённой схемой модели эволюции Дарвина
На основе данной схемы можно составить примерный алгоритм модели эволюции по Дарвину.
- Создание начальной популяции. Пусть существует популяция особей (например, табун лошадей) на некоторой территории обитания. Табун (популяция) насчитывает 50 взрослых лошадей (особей).
- Выбор особей для скрещивания. Каждый год в табуне (популяции) рождаются жеребята (новое поколение, новые особи).
- Скрещивание и мутация. Все родившиеся жеребята (потомки) отличаются друг от друга и от родителей цветом, размерами, ростом, физическими данными (скорость, выносливость и т. д.).
- Отбор. Наибольшие шансы выжить и закрепиться в табуне (популяции) имеют физически более мощные жеребята (способность к самозащите, возможность победить соперников, способность к воспроизводству, обладающие большей скоростью, выносливостью). Тогда как слабые, больные жеребята (особи), а также жеребята, имеющие какие-либо отклонения (слишком низкий или слишком высокий рост), как правило, погибают. В то же время в ходе эволюции могут появляться особи с так называемыми «полезными» отклонениями от доминирующего в табуне (популяции) «стандарта» (генотипа), которые позволяют их носителям успешнее выживать в существующих условиях.
Именно такие особи, как правило, выживают в результате схемы эволюции Дарвина и они постепенно, поколение за поколением становятся преобладающим (доминирующим) видом в данной популяции [6].
Кроссинговер
Два родителя разделяют свои геномы пополам и меняются кусками, как пазл. Получается новая сущность со смешанными чертами. В зависимости от пар доминантых и рецессивных генов меняется генотип, проявляются новые свойства, признаки сменились на другие, игрок видит новый фенотип.
Условная схема кроссинговера.
L-системы
L-система — это математический инструмент процедурной генерации, который создает сложные самоподобные структуры (растения, фракталы, орнаменты) путём многократной замены исходных символов по заданным правилам [5].
Пример: флора в No Man’s Sky.
Фрактально-сгенерированные растения в No Man’s Sky (2016).
Пример процедурного создания изображения дерева при помощи L-системы.
Клеточные автоматы
Клетки меняются по соседям (меняют своё собственное состояние на «жив/мёртв»). Правила смены состояния задаются извне, разработчиком или системой.
Визуальный пример работы клеточного автомата.
Пример: игра Ecosystem.
В ней появление и рост водорослей или планктона рассчитываются по правилам клеточных автоматов: если в соседних клетках много еды и благоприятные условия, то ресурс «разрастается» на свободные участки.Поверхность с водорослями, Ecosystem (2024).
Комбинаторные приёмы
Пример: 3 гена — 6 вариантов окраса.
Niche — a genetics survival game (2016).
Внедрение приёмов из генетики, селекции и биологии, а именно алгоритмов «вдохновлённых природой» (англ. Nature-inspired Algorithms [5]) — являются довольно эффективными и относительно простыми инструментами для разработчиков видеоигр.
