В современном мире разработки игр, особенно тех, которые связаны с генерацией головоломок и процедурным контентом, все большую популярность приобретает алгоритм Wave Function Collapse (WFC). Эта эффективная техника генерирования карт и текстур уже доказала свою ценность и позволяет создавать разнообразные, логически сложные и визуально привлекательные уровни, сохраняя при этом строгие правила и ограничения. Одним из ярких примеров успешного использования WFC является игра Logic Islands, где разработчики смогли преодолеть традиционные ограничения генерации карт для различных правил и увеличить масштаб уровней, улучшив тем самым пользовательский опыт. Алгоритм WFC представляет собой уникальную форму процедурной генерации контента, основанную на анализе и повторении паттернов исходного материала с сохранением связности между элементами. В отличие от более классических методов генерации, которые часто сталкиваются с экспоненциальным увеличением вычислительных затрат при усложнении правил или увеличении размеров уровней, WFC строит новый контент логически и поэтапно при помощи ограничения соседства между базовыми компонентами.
В основе подхода лежит концепция «локальных правил» для каждой части карты. Исходный источник — небольшой набор тайлов с заранее определёнными допустимыми вариантами соседства, которые алгоритм использует для расширения и построения новых уникальных карт, генерируя при этом связные и соответствующие условным ограничениям уровни. Одной из характерных проблем традиционной генерации карт для головоломок является необходимость одновременного выполнения сложных логических правил, таких как требования к связности регионов, запреты на определённые конфигурации, например квадраты 2×2 определенного типа, и дополнительные ограничения, накладываемые самой игровой механикой. Classic-версия игры Logic Islands, основанная на известных правилах головоломки Nurikabe, предусматривает обязательную связность стен, недопустимость квадрата из 2×2 клеток стен, а также индивидуальные числовые обозначения размерности островов. Эти условия кажутся относительно простыми до тех пор, пока задача не усложняется вводом дополнительных правил и увеличением размеров карт.
Именно здесь и проявляются сложности традиционных методов. Для правил Modern, Minimal и Yin-Yang с их уникальными особенностями вывод на большие размеры карт вызывал сбои и невозможность генерировать корректные структуры свыше 7×7 клеток. Конкретно, проблематика заключалась в создании допустимых паттернов стен, удовлетворяющих как функциональным требованиям с точки зрения соединений, так и запретам, связанным с появлением недопустимых конфигураций. Вместо попыток прямого решения этих сложных условий через перебор вариантов, разработчики Logic Islands обратились к принципу работы WFC и переформулировали проблему. Важно было эффективно выразить правило о связности стен и запрет на блоки 2×2 в рамках самого механизма алгоритма.
Применение варианта алгоритма Simple-Tiled WFC — подхода, основанного на хранении отдельных тайлов с их допустимыми соседями — позволило структурировать условия игры в виде набора из 15 базовых типов тайлов, включающих терминальные, угловые, Т-образные, крестовидные и пустые клетки. Для каждого типа была задана четкая логика соседства, позволяющая контролировать направления соединений и тем самым реализовывать ограничения правил без необходимости постоянного полного пересчёта карт. В частности, для Modern-правил (где разрешены квадраты 2×2 из стен, но запрещены аналогичные квадраты из островов) ключевой идеей стало преобразование задачи. Вместо создания стен алгоритм генерирует острова, тогда как все пространства вне островов автоматически рассматриваются как стены. Благодаря ограничению соседних тайлов так, чтобы острова всегда были разделены пустыми клетками, удавалось исключить ситуации с слипающимися островами и нежелательными квадратами 2×2.
Дополнительно были выведены ограничения на соседство L- и T-образных тайлов, что снижало сложность сети и упрощало контроль качества генерируемых структур. В Minimal-правилах, где не требуется связность стен, но все стены должны образовывать группы точно из трёх клеток, удалось сузить набор тайлов и соединений до 11 типов. Это позволило гарантировать необходимую размерность стен местным переопределением связей между тайлами, без дополнительных вычислений. Устранение определённых комбинаций (например, эмитирование прямых линий и углов без соединений терминал-терминал) обеспечивало фрагментацию стен на три клетки. Для Yin-Yang, самой сложной вариации с требованием полной связности и одновременным запретом на квадраты 2×2 и отсутствием чисел на островах, пришлось использовать оба компонента — и стен, и островов — как линии, генерируемые WFC, но с продуманными исключениями для взаимного соседства.
В результате была создана визуальная и логическая имитация взаимопереплетающихся символов инь и ян — при этом и острова, и стены соединялись согласно строгим правилам. Важным техническим моментом стало использование блокированных клеток для ограничения размера и добавления вариативности генерации. Благодаря таким нововведениям удалось увеличить максимально допустимый размер карт до 12×12 для всех правил, что значительно расширило игровое пространство. Использование WFC заметно ускорило генерацию и стабилизировало процесс, устранив необходимость полного перебора и повторных попыток. Общие итоги примененного подхода иллюстрируют, что иногда взгляд на проблему с другой стороны — смена объекта генерации и выражение сложных правил как ограничений в схеме соседства — может раскрыть потенциал инструментов, ранее рассматриваемых только как средства текстурного синтеза.
Wave Function Collapse в руках опытных разработчиков головоломок и процедурных генераторов превращается в мощный метод, способный легко интегрировать многослойные, взаимосвязанные ограничения, обеспечивая хорошее распределение вариантов и логическую целостность контента даже на крупных игровых пространствах. Кроме того, такой способ значительно облегчает дальнейшую модификацию и масштабирование правил, подстраиваясь под новые идеи и концепции головоломок. Таким образом, опыт Logic Islands демонстрирует, что внедрение алгоритмов Wave Function Collapse в процессы создания игровых карт — это не просто современное технологическое достижение, но и философски осознанный шаг к более глубокому пониманию и реализации принципов процедурного дизайна в головоломках, где играемая логика сочетается с эстетикой и разнообразием. В перспективе дальнейшие исследования и оптимизации методики обещают ещё более гибкую и мощную генерацию уровней, способствуя развитию жанра и вдохновляя других разработчиков на использование подобных подходов при создании качественного и масштабируемого контента.
