Publicação: Uma abordagem baseada em Redes de Petri para Modelagem, Análise e Simulação de Cenários de Vídeo Games Singleplayer e Multiplayer
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO::ENGENHARIA DE SOFTWARE
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Este trabalho tem como objetivo apresentar uma abordagem para a modelagem e
análise formal de cenários de vídeo games, usando para isso o formalismo das redes de
Petri. Nesta pesquisa são considerados jogos com um único jogador (singleplayer) e jogos
com vários jogadores (multiplayer). Um cenário de vídeo game é considerado como sendo
uma sequência de ações realizadas pelo jogador. A representação das ações que o jogador
precisa executar, a fim de alcançar o objetivo do jogo, pode ser representada por meio de
uma WorkFlow net. O mundo virtual onde o jogo acontece pode ser descrito através de um
mapa topológico representado por um tipo particular de rede de Petri denominado grafo
de estados. Ambos modelos são formalmente definidos e denominados, respectivamente,
de Modelo Lógico e de Modelo Topológico. Os mecanismos de comunicação que existem
entre os dois modelos (Lógico e Topológico) são especificados por meio de redes de Petri
Coloridas e implementados na ferramenta CPN Tools. A versão temporizada do Modelo
Lógico apresenta as durações mínimas, médias e máximas das atividades de um cenário
de jogo por meio de distribuições de tempo aleatórias exponenciais. A versão temporizada
do Modelo Topológico apresenta os tempos mínimos e máximos que um jogador leva para
acessar as diversas áreas do mundo virtual por meio de distribuições de tempo aleatórias
uniformes. Baseado nos modelos Lógicos e Topológicos temporizados, um método de
simulação é proposto para estimar as durações médias dos tempos de jogos. A segunda
parte proposta neste trabalho diz respeito à modelagem formal de cenários de jogos no
caso multiplayer. Para isso foi definido um novo Modelo Lógico baseado em Workflow nets
Possibilísticas que permitem representar as possibilidades de interação entre jogadores e
as consequências de tais interações em termos de jogabilidade. O Modelo Topológico
no caso multiplayer é baseado nos grafos de estados e permite que as áreas do mundo
virtual sejam compartilhadas entre dois ou mais jogadores. Uma versão implementada
dos modelos é apresentada na forma de uma rede de Petri Colorida interpretada na
ferramenta CPN Tools. Também é proposto um método para o estudo da jogabilidade
que utiliza o monitoramento das atividades e a simulação por replicação para diferentes
cenários. Dessa forma, é possível estimar o tempo de jogo multiplayer bem como o papel
de cada jogador no jogo. Os jogos Silent Hill II e Tom Clancy’s Ghost Recon: Wildlands
servem de exemplos ilustrativos para validar as abordagens propostas neste trabalho.
Abstract
This work aims to present an approach for the modeling and formal analysis of vi-
deogame scenarios, using the formalism of Petri nets. This work considers singleplayer
games and multiplayer games. A videogame scenario is considered to be a sequence of
actions performed by the player. The representation of the actions that the player needs
to perform in order to achieve the objective of the game can be represented by means of
a WorkFlow net. The virtual world where the game takes place can be described through
a topological map represented by a particular type of Petri net called state graph. Both
models are formally defined and named, respectively, Logical Model and Topological Mo-
del. The communication mechanisms that exist between the two models (Logical and
Topological) are specified through Colored Petri nets and implemented using CPN Tools.
The timed version of the Logical Model presents the minimum, average and maximum
activity durations of a game scenario through exponential random time distributions. The
timed version of the Topological Model shows the minimum and maximum times it takes
a player to access the various areas of the virtual world through uniform random time
distributions. Based on the timed Logical and Topological models, a simulation method
is proposed to estimate the average durations of the game times. The second part pro-
posed in this work concerns the formal modeling of game scenarios in the multiplayer
case. For this, a new Logical Model based on Possibilistic Workflow nets is defined that
allows to represent the possibilities of interaction between players and the consequences of
such interactions in terms of gameplay. The Topological Model in the multiplayer case is
based on the state graphs and allows the areas of the virtual world to be shared between
two or more players. An implemented version of the model is produced in the form of
a Colored Petri net interpreted using CPN Tools. A method for the study of gameplay
is also proposed using activity monitors and simulation replication considering different
scenarios. Thus, it is possible to estimate the duration of a multiplayer game as well as
the role of each player in the game. The games Silent Hill II and Tom Clancy’s Ghost
Recon: Wildlands serve as illustrative examples to validate the approaches proposed in
this work.
Palavras-chave
Redes de Petri Coloridas, Redes de Petri Possibilísticas, Redes de Petri Temporizadas, Workflow nets, Grafos de estados, CPN Tools, Colored Petri nets, Possibilistic Petri nets, Timed Petri nets, WorkĆow nets, State Graphs, CPN Tools
Citação
BARRETO, Franciny Medeiros. Uma abordagem baseada em Redes de Petri para Modelagem, Análise e Simulação de Cenários de Vídeo Games Singleplayer e Multiplayer. 2020. 136 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2020.754.
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