Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/30604
ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-2706-1845
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Uma abordagem baseada em Redes de Petri para Modelagem, Análise e Simulação de Cenários de Vídeo Games Singleplayer e Multiplayer
Alternate title (s): A Petri Network based approach for Modeling, Analysis and Simulation of Singleplayer and Multiplayer Video Games Scenarios
Author: Barreto, Franciny Medeiros
First Advisor: Julia, Stéphane
First member of the Committee: Silva, José Reinaldo
Second member of the Committee: Luders, Ricardo
Third member of the Committee: Malaquias, Fernanda Francielle de Oliveira
Fourth member of the Committee: Fernandes, Márcia Aparecida
Summary: 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.
Keywords: 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
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO::ENGENHARIA DE SOFTWARE
Subject: Computação
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
Quote: 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. Disponível em: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2020.754.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2020.754
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/30604
Date of defense: 19-Nov-2020
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