ในด้านคอมพิวเตอร์ การสร้างข้อมูล แบบขั้นตอน (Procedural Generation)คือวิธีการสร้างข้อมูลโดยใช้อัลกอริทึมแทนการสร้างด้วยมือ โดยทั่วไปจะใช้การผสมผสานระหว่างเนื้อหาที่สร้างโดยมนุษย์และอัลกอริทึม ร่วมกับความสุ่มที่สร้างขึ้นโดยคอมพิวเตอร์และพลังการประมวลผล ในกราฟิกคอมพิวเตอร์มักใช้ในการสร้างพื้นผิวและโมเดล 3 มิติในวิดีโอเกม ใช้ในการสร้างเนื้อหาจำนวนมากในเกมโดยอัตโนมัติ ข้อดีของการสร้างข้อมูลแบบขั้นตอน ขึ้นอยู่กับการใช้งาน อาจรวมถึงขนาดไฟล์ที่เล็กกว่า ปริมาณเนื้อหาที่มากขึ้น และความสุ่มที่ทำให้การเล่นเกมคาดเดาได้ยากขึ้น

คำว่าขั้นตอนหมายถึงกระบวนการที่คำนวณฟังก์ชันเฉพาะแฟรกทัลเป็นรูปแบบเรขาคณิตที่มักสร้างขึ้นโดยใช้ขั้นตอน เนื้อหาขั้นตอนทั่วไป ได้แก่พื้นผิวและตาข่าย เสียงมักสร้างขึ้นโดยใช้ขั้นตอนเช่นกัน และมีการใช้งานทั้งในการสังเคราะห์เสียงพูดและดนตรี มีการใช้เพื่อสร้างองค์ประกอบในแนวดนตรีอิเล็กทรอนิกส์ ต่างๆ โดยศิลปินเช่นBrian Enoซึ่งทำให้คำว่า " ดนตรีเชิงกำเนิด " เป็นที่นิยม ^{[ 1 ]}

การสร้างแบบสุ่ม (Procedural generation) ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อใช้ในวิดีโอเกมเป็นหลัก โดยช่วยในการสร้างด่าน พื้นผิว และโลกทั้งใบโดยแทบไม่ต้องอาศัยการมีส่วนร่วมของมนุษย์ องค์ประกอบที่สร้างขึ้นแบบสุ่มปรากฏในวิดีโอเกมมาตั้งแต่ทศวรรษ 1990 แล้ว เช่นThe Elder Scrolls II: Daggerfallที่มีฉากอยู่ในโลกที่สร้างขึ้นแบบสุ่มเป็นส่วนใหญ่ ทำให้โลกนั้นมีขนาดประมาณสองในสามของหมู่เกาะอังกฤษ Soldier of FortuneจากRaven Softwareใช้ขั้นตอนง่ายๆ ในการสร้างรายละเอียดให้กับโมเดลศัตรู ในขณะที่ภาคต่อมีโหมดด่านที่สร้างขึ้นแบบสุ่มAvalanche Studiosใช้การสร้างแบบสุ่มเพื่อสร้างกลุ่มเกาะเขตร้อนขนาดใหญ่และหลากหลายสำหรับJust CauseและNo Man's Skyเกมที่พัฒนาโดยสตูดิโอเกมHello Gamesก็สร้างขึ้นจากองค์ประกอบที่สร้างขึ้นแบบสุ่มทั้งหมด

วงการเดโมซีนสมัยใหม่ใช้การสร้างแบบขั้นตอน (procedural generation) เพื่อบรรจุเนื้อหาภาพและเสียงจำนวนมากไว้ในโปรแกรมที่มีขนาดค่อนข้างเล็ก

วิธีการและแอปพลิเคชันใหม่ๆ จะถูกนำเสนอเป็นประจำทุกปีในการประชุมต่างๆ เช่นการประชุม IEEE Conference on Computational Intelligence and Gamesและ การประชุม AAAI Conference on Artificial Intelligence and Interactive Digital Entertainment ^{[ 2 ]}

โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการประยุกต์ใช้การสร้างแบบขั้นตอนกับวิดีโอเกม ซึ่งมีจุดประสงค์เพื่อให้เล่นซ้ำได้หลายครั้ง มีข้อกังวลว่าระบบแบบขั้นตอนสามารถสร้างโลกให้สำรวจได้เป็นจำนวนอนันต์ แต่ขาดการชี้นำและกฎเกณฑ์จากมนุษย์ที่เพียงพอ ผลลัพธ์ที่ได้เรียกว่า "ข้าวโอ๊ตแบบขั้นตอน" ซึ่งเป็นคำที่นักเขียน เคท คอมป์ตัน บัญญัติขึ้น เนื่องจากแม้ว่าจะสามารถสร้างข้าวโอ๊ตได้หลายพันชามด้วยวิธีการทางคณิตศาสตร์โดยใช้การสร้างแบบขั้นตอน แต่ผู้ใช้จะรับรู้ว่าชามเหล่านั้นเหมือนกัน และขาดความรู้สึกถึงความเป็นเอกลักษณ์ที่ระบบแบบขั้นตอนควรตั้งเป้าไว้^{[ 3 ]}

การใช้การสร้างแบบขั้นตอนในเกมมีต้นกำเนิดมาจากเกมสวมบทบาทบนโต๊ะ (RPG) ^{[ 4 ]}ระบบเกมบนโต๊ะชั้นนำอย่างAdvanced Dungeons & Dragonsได้จัดเตรียมวิธีการให้ "ผู้ดูแลดันเจี้ยน" สร้างดันเจี้ยนและภูมิประเทศโดยใช้การทอยลูกเต๋าแบบสุ่ม ซึ่งต่อมาได้มีการขยายเพิ่มเติมด้วยตารางขั้นตอนแบบแตกแขนงที่ซับซ้อนStrategic Simulationsภายใต้ลิขสิทธิ์ของTSRได้ออกDungeon Master's Assistant ซึ่งเป็นโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่สร้างดันเจี้ย ^นโดยอิงจากตารางที่เผยแพร่เหล่านี้Tunnels & Trollsซึ่งเผยแพร่โดยFlying Buffalo [ ^{5 ]}ได้รับการออกแบบมาเพื่อการเล่นคนเดียวเป็นหลักและใช้การสร้างแบบขั้นตอนที่คล้ายกันสำหรับดันเจี้ยน เกม RPG บนโต๊ะอื่นๆ ได้นำแนวคิดที่คล้ายกันในการสร้างแบบขั้นตอนมาใช้สำหรับองค์ประกอบต่างๆ ของโลก^{[ 6 ]}

ปัจจุบัน เครื่องมือออนไลน์มากมายสำหรับผู้ดำเนินเกม Dungeons & Dragons ใช้การสร้างแบบสุ่ม (procedural generation) ในระดับที่แตกต่างกันไป

ก่อนเกมวิดีโอที่เน้นกราฟิก เกม โร้กไลค์ซึ่งเป็นแนวเกมที่ได้รับแรงบันดาลใจโดยตรงจากDungeons & Dragonsที่ดัดแปลงสำหรับการเล่นคนเดียว ได้ใช้การสร้างแบบสุ่มเพื่อสร้างดันเจี้ยนในลักษณะเดียวกับที่ระบบเกมกระดานเคยทำ เกมยุคแรกๆ ดังกล่าว ได้แก่Beneath Apple Manor (1978) และเกมที่เป็นชื่อของแนวเกมนี้อย่างRogue (1980) ระบบการสร้างแบบสุ่มในเกมโร้กไลค์จะสร้างดันเจี้ยนใน ระบบ ASCIIหรือระบบไทล์ทั่วไป และกำหนดห้อง ทางเดิน มอนสเตอร์ และสมบัติเพื่อท้าทายผู้เล่น เกมโร้กไลค์ และเกมที่อิงตามแนวคิดโร้กไลค์ ช่วยให้สามารถพัฒนารูปแบบการเล่นที่ซับซ้อนได้โดยไม่ต้องใช้เวลามากเกินไปในการสร้างโลกของเกม^{[ 7 ]}

เกม Maze Crazeของ Atari VCS ในปี 1978 ใช้อัลกอริทึมในการสร้างเขาวงกตแบบสุ่มจากมุมมองด้านบนสำหรับแต่ละเกม ^{[ 8 ]}

เกมบางเกมใช้ตัวสร้างเลขสุ่มเทียม (Pseudorandom Number Generator หรือ PRNG) PRNG เหล่านี้มักใช้ร่วมกับ ค่าเริ่มต้น (seed values) ที่กำหนดไว้ล่วงหน้า เพื่อสร้างโลกในเกมขนาดใหญ่ที่ดูเหมือนว่าถูกสร้างไว้ล่วงหน้าแล้ว ตัวอย่าง เช่น เกม The Sentinelมีระดับเกมถึง 10,000 ระดับ จัดเก็บอยู่ในพื้นที่เพียง 48 และ 64 กิโลไบต์ กรณีสุดขั้วคือเกม Eliteซึ่งเดิมทีวางแผนไว้ว่าจะมีกาแล็กซีทั้งหมด 2⁴⁸ ⁽ประมาณ 282 ล้านล้าน) แห่ง โดยแต่ละแห่งมีระบบสุริยะ 256 ระบบ อย่างไรก็ตาม ผู้จัดจำหน่ายเกรงว่าจักรวาลขนาดมหึมาเช่นนี้จะทำให้ผู้เล่นไม่เชื่อ จึงเลือกเพียง 8 กาแล็กซีสำหรับเวอร์ชันสุดท้าย^{[ 9 ]}ตัวอย่างอื่นๆ ที่น่าสนใจในช่วงแรก ได้แก่ เกมRescue on Fractalus ในปี 1985 (ซึ่งใช้แฟรกทัลเพื่อสร้างภูเขาหินขรุขระของดาวเคราะห์ต่างดาวแบบเรียลไทม์) และRiver Raid ( เกมของ Activision ในปี 1982 ที่ใช้ลำดับตัวเลขสุ่มเทียมที่สร้างโดยรีจิสเตอร์เลื่อนป้อนกลับเชิงเส้นเพื่อสร้างเขาวงกตอุปสรรคแบบเลื่อน)

แม้ว่าเกมคอมพิวเตอร์สมัยใหม่จะไม่มีข้อจำกัดด้านหน่วยความจำและฮาร์ดแวร์เหมือนเกมในยุคก่อน แต่การใช้การสร้างแบบขั้นตอนมักถูกนำมาใช้เพื่อสร้างเกม แผนที่ ระดับ ตัวละคร หรือองค์ประกอบอื่นๆ แบบสุ่มที่ไม่ซ้ำกันในแต่ละรอบการเล่น^{[ 10 ] [ 11 ]}

เกมโร้กไลค์สมัยใหม่หลายเกม (บางครั้งเรียกว่า "โร้กไลต์") ได้เปลี่ยนจากรูปแบบการเล่นแบบผลัดกันเล่นในยุคแรกๆ มาเป็นการผสมผสานรูปแบบการเล่นของเกมวิดีโอประเภทอื่นๆ เช่นเกมแพลตฟอร์มหรือเกมยิงปืนแม้ว่าจะยังคงรักษาองค์ประกอบของการสร้างแบบสุ่มไว้ในวิธีการสร้างแผนที่และระดับของเกม เพื่อให้แน่ใจว่าผู้เล่นมีวิธีการที่จะผ่านแต่ละระดับได้ พร้อมกับการตายถาวร นอกจากนี้ยังรวมถึงพลังพิเศษและไอเท็มอื่นๆ ที่ปรากฏอยู่ในแผนที่ของเกม ซึ่งเกมจะเลือกผ่านกฎการสร้างแบบสุ่ม เพื่อให้แน่ใจว่าเกมมีความยุติธรรมสำหรับผู้เล่น เพื่อให้พวกเขารู้สึกว่าพวกเขามีอำนาจในการชนะเกม^{[ 12 ]}

การสร้างแบบสุ่มมักใช้ในระบบการดรอปไอเทมของเกมที่ขับเคลื่อนด้วยภารกิจ เช่นเกมแอ็กชันสวมบทบาทและเกมสวมบทบาทออนไลน์แบบผู้เล่นหลายคนจำนวนมากแม้ว่าภารกิจอาจมีรางวัลที่กำหนดไว้ตายตัว แต่ไอเทมอื่นๆ เช่น อาวุธและชุดเกราะ อาจถูกสร้างขึ้นสำหรับผู้เล่นโดยขึ้นอยู่กับระดับของตัวละครผู้เล่น ระดับของภารกิจ ประสิทธิภาพในภารกิจ และปัจจัยสุ่มอื่นๆ ซึ่งมักนำไปสู่การกำหนดระดับความหายากของไอเทมเพื่อสะท้อนให้เห็นว่าระบบการสร้างแบบสุ่มได้สร้างไอเทมที่มีคุณสมบัติที่ดีกว่าค่าเฉลี่ย ตัวอย่างเช่น ซีรีส์ Borderlandsใช้ระบบการสร้างแบบสุ่มซึ่งสามารถสร้างปืนและอุปกรณ์อื่นๆ ที่ไม่ซ้ำกันได้มากกว่าหนึ่งล้านรายการ^{[ 13 ]} เกม โอเพ่นเวิลด์หรือเกมเอาชีวิตรอดหลาย เกมสร้างโลกของเกมแบบสุ่มจากเมล็ดพันธุ์แบบสุ่มหรือเมล็ดพันธุ์ที่ผู้เล่นให้มา เพื่อให้การเล่นแต่ละครั้งแตกต่างกัน ระบบการสร้างเหล่านี้สร้าง ไบโอมแบบพิกเซลหรือแบบว็อกเซลจำนวนมากพร้อมการกระจายทรัพยากร วัตถุ และสิ่งมีชีวิต ผู้เล่นมักจะสามารถปรับพารามิเตอร์การสร้างบางอย่างได้ เช่น การระบุปริมาณพื้นที่น้ำในโลก ตัวอย่างเกมดังกล่าว ได้แก่Dwarf Fortress , MinecraftและVintage Story

การสร้างแบบสุ่ม (Procedural generation) ยังถูกนำมาใช้ในเกมสำรวจอวกาศและเกมการค้าขายด้วยเกม Elite: Dangerousใช้ดาวฤกษ์ที่รู้จักกว่า 400,000 พันล้านดวงใน กาแล็กซี ทางช้างเผือกเป็นพื้นฐานของโลก และใช้การสร้างแบบสุ่มเพื่อจำลองดาวเคราะห์ในระบบสุริยะเหล่านั้น ในทำนองเดียวกันเกม Star Citizenก็ใช้เทคโนโลยีนี้ในการสร้างดาวเคราะห์ที่โหลดได้อย่างราบรื่นในจักรวาลที่สร้างขึ้นด้วยมือ ส่วนOuterra Anteworldเป็นวิดีโอเกมที่อยู่ระหว่างการพัฒนา ซึ่งใช้การสร้างแบบสุ่มและข้อมูลจากโลกแห่งความเป็นจริงเพื่อสร้างแบบจำลองเสมือนจริงของโลกในขนาดที่สมจริง

No Man's Skyใช้การสร้างแบบสุ่ม (procedural generation) ทำให้เป็นวิดีโอเกมที่ใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ โดยมีจักรวาลที่มีดาวเคราะห์ 18ควินทิลเลียนดวงกระจายอยู่ทั่วกาแล็กซี ซึ่งสามารถสำรวจได้ทั้งทางอากาศและทางเท้า ดาวเคราะห์แต่ละดวงมีภูมิประเทศ สภาพอากาศ พืช และสัตว์ที่แตกต่างกันอย่างเป็นเอกลักษณ์ รวมถึงสิ่งมีชีวิตต่างดาวที่เดินทางในอวกาศอีกหลายชนิด เนื้อหาเดียวกันจะปรากฏในสถานที่เดียวกันสำหรับผู้เล่นทุกคน (ด้วยการใช้ หมายเลข เมล็ดพันธุ์สุ่ม เพียงหมายเลขเดียว ในเอนจิ้นแบบกำหนดได้) ซึ่งทำให้ผู้เล่นสามารถพบปะและแบ่งปันการค้นพบร่วมกันได้ ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}

เช่นเดียวกับในวิดีโอเกม การสร้างภาพแบบขั้นตอนมักถูกนำมาใช้ในภาพยนตร์เพื่อสร้างพื้นที่ที่น่าสนใจและสมจริงได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งมีการใช้งานที่หลากหลาย

หนึ่งในแอปพลิเคชันคือโรงงานที่ไม่สมบูรณ์ซึ่งศิลปินใช้ในการสร้างวัตถุที่คล้ายคลึงกันจำนวนมากอย่างรวดเร็ว นี่เป็นเพราะในชีวิตจริง ไม่มีวัตถุสองชิ้นใดที่เหมือนกันทุกประการ ตัวอย่างเช่น ศิลปินสามารถสร้างแบบจำลองสินค้าสำหรับร้านขายของชำ จากนั้นสร้างโรงงานที่ไม่สมบูรณ์เพื่อสร้างสำเนาที่ไม่สมบูรณ์จำนวนมากเพื่อเติมเต็มชั้นวางสินค้าทั้งหมด

MASSIVE เป็นซอฟต์แวร์แอนิเมชั่นคอมพิวเตอร์และ ปัญญาประดิษฐ์ระดับสูงที่ใช้ในการสร้างเอฟเฟกต์ภาพที่เกี่ยวข้องกับฝูงชนสำหรับภาพยนตร์และโทรทัศน์ มันถูกพัฒนาขึ้นเพื่อสร้างกองทัพทหารหลายแสนนายโดยอัตโนมัติสำหรับภาพยนตร์เรื่องThe Lord of the Ringsของปีเตอร์ แจ็กสัน^{[ 17 ]}

สัญญาณรบกวนแบบโคherent มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อขั้นตอนการทำงานในวงการภาพยนตร์สัญญาณรบกวนแบบซิมเพล็กซ์มักจะเร็วกว่าและมีสิ่งแปลกปลอมน้อยกว่า แม้ว่าฟังก์ชันเก่าอย่างสัญญาณรบกวนแบบเพอร์ลินก็อาจถูกนำมาใช้เช่นกัน ในกรณีนี้ สัญญาณรบกวนแบบโคherent หมายถึงฟังก์ชันที่สร้างความสุ่มเทียมที่ราบเรียบในมิติ n

Poyck ศึกษาว่าภูมิทัศน์เมืองที่สร้างขึ้นตามขั้นตอนสามารถนำมาใช้เพื่อช่วยในการจำลองทางสังคมและฝึกรถยนต์ขับเคลื่อนอัตโนมัติได้อย่างไร^{[ 18 ]}

การสร้างแบบขั้นตอน (Procedural generation) มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งต่อความก้าวหน้าของดิจิทัลทวินส์ซึ่งเป็นแบบจำลองเสมือนจริงที่มีรายละเอียดสูงของวัตถุในโลกแห่งความเป็นจริง ใช้สำหรับการจำลอง การวิเคราะห์ และการวางแผน

เมื่อไม่นานมานี้ เครือข่ายประสาทเทียมถูกนำมาใช้เพื่อปรับปรุงเนื้อหาที่สร้างขึ้นตามขั้นตอน การผสมผสานวิธีการสุ่มแบบคลาสสิกเข้ากับการเรียนรู้เชิงลึกทำให้เกิดวิธีการใหม่ในการสร้างเสียง รูปภาพ วัตถุ 3 มิติ และเนื้อหาประเภทอื่น ๆ ซึ่งมีประโยชน์อย่างยิ่งในการพัฒนาระดับเกมการเรียนรู้แบบเสริมแรงช่วยให้สามารถพัฒนาตัวแทนที่เล่นระดับที่สร้างขึ้น ซึ่งทำหน้าที่เป็นผู้ประเมินเนื้อหาอัตโนมัติ^{[ 19 ]}

การบูรณาการการสร้างขั้นตอนด้วยการเรียนรู้เชิงลึกจะเปลี่ยนแปลงภูมิทัศน์ของการสร้างเนื้อหาดิจิทัล Zakaria และคณะได้แสดงให้เห็นว่าวิธีการเรียนรู้เชิงลึกที่แตกต่างกันสำหรับการสร้าง ระดับ Sokoban ตามขั้นตอน มีจุดแข็งและจุดอ่อนที่แตกต่างกัน^{[ 20 ]}

เมื่อมองไปข้างหน้า นักวิจัยกำลังตรวจสอบวิธีการรวมโมเดลภาษาขนาดใหญ่ (LLM) เข้ากับระบบการสร้างขั้นตอนที่ขับเคลื่อนด้วยการเรียนรู้เชิงลึก โดยมีเป้าหมายเพื่อเพิ่มความสามารถในการปรับตัว Zakaria แนะนำว่า "LLM ที่รวมกับการเรียนรู้แบบเสริมแรงสามารถสร้างสินทรัพย์เชิงขั้นตอนที่พัฒนาแบบไดนามิกตามผลตอบรับแบบเรียลไทม์" ^{[ 20 ]} Zakaria ได้ตรวจสอบการประยุกต์ใช้โครงสร้างการเรียนรู้เชิงลึกขั้นสูง เช่น ตัวสร้างLSTM (หน่วยความจำระยะยาว) แบบบูต สแตรป และGAN (เครือข่ายปฏิปักษ์เชิงสร้าง)เพื่อยกระดับการออกแบบระดับขั้นตอน พวกเขาพบว่า "การสุ่มตัวอย่างความหลากหลายช่วยเพิ่มจำนวนโซลูชันและลายเซ็นที่สร้างขึ้นอย่างสม่ำเสมอ" แสดงให้เห็นว่าวิธีการแบบไฮบริดช่วยเอาชนะปัญหาต่างๆ เช่น รูปแบบที่ซ้ำซากหรือการขาดความหลากหลาย^{[ 20 ]}

• ออโตมาตาเซลลูลาร์
• ความคิดสร้างสรรค์เชิงคำนวณ
• ภูมิทัศน์แฟร็กทัล
• การเคลื่อนที่แบบบราวน์เศษส่วน
• ศิลปะเชิงสร้างสรรค์
• ปัญญาประดิษฐ์เชิงสร้างสรรค์
• ระบบแอล
• เครื่องกำเนิดเชิงเส้นแบบสอดคล้อง
• รายชื่อเกมที่ใช้การสร้างแบบสุ่ม (Procedural Generation)
• การสังเคราะห์สื่อ (ปัญญาประดิษฐ์)
• เสียงรบกวน , เสียงเพอร์ลิน , เสียงซิมเพล็กซ์
• แอนิเมชันเชิงกระบวนการ
• การสร้างแบบจำลองเชิงกระบวนการ
• พื้นผิวเชิงกระบวนการ
• โร้กไลค์
• เครื่องสร้างทิวทัศน์

• Ebert, David S.; Musgrave, F. Kenton; Peachey, Darwyn; Perlin, Ken; Worley, Steve (2002). การสร้างพื้นผิวและการสร้างแบบจำลอง: แนวทางเชิงกระบวนการ (ฉบับที่ 3). Morgan Kaufmann. ISBN 978-1-558-60848-1.
• Shaker, Noor; Togelius, Julian; Nelson, Mark J. (2016). การสร้างเนื้อหาเชิงกระบวนการในเกม: ตำราเรียนและภาพรวมของการวิจัยในปัจจุบัน . Springer. ISBN 978-3-319-42714-0.
• อนาคตของการสร้างคอนเทนต์ – สุนทรพจน์ของ Will Wrightเกี่ยวกับเกม Spore และการสร้างคอนเทนต์แบบสุ่ม ในงานGame Developers Conference 2005