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シューティングゲーム「DOOM」のプレイ画面をリアルタイム生成するAI「GameNGen」--Googleとテルアビブ大学の研究チームが発表

Googleとテルアビブ大学の研究チームは2024年8月27日、AIを用いてシューティングゲーム「DOOM」のプレイ画面をリアルタイムで生成する技術「GameNGen」を提案する論文「Diffusion Models Are Real-Time Game Engines」を[発表]{target=“_blank”}した。これは、ニューラルネットワークによるゲームエンジンで、従来の手作業を補完する新しい可能性を示しているという。 ## AIがリアルタイムで「DOOM」を生成 GameNGenは、AIがプレイヤーの入力に基づいて、リアルタイムでゲームの次のフレームを生成する技術だ。研究チームは、1993年に発売されたクラシックゲーム「DOOM」をテストケースとして使用し、1台のTensor Processing Unit（TPU）で1秒間に20フレーム以上を生成できることを実証した。このシステムは、プレイヤーの体力や弾薬の管理、敵との戦闘、アイテムの取得などの複雑なゲーム状態をシミュレートできるという。 下図はゲームプレイの様子を示す実験。AIが生成するフレームと実際のゲーム画面は、視覚的にほぼ区別がつかないほどの高品質を実現している。 ![GameNGen Figure1.jpg] :::small 画像の出典：[Diffusion Models Are Real-Time Game Engines]{target=“_blank”} ::: ## GameNGenの仕組み GameNGenの動作原理は、二段階のトレーニングによる。まず、AIエージェントがDOOMをプレイし、そのプレイデータを収集。次に、そのデータを基にAIが次のフレームを予測・生成する。これには、Stable Diffusionの拡張版が使われ、AIが自動的にゲームの進行をシミュレートする。この際、PSNR（ピーク信号対雑音比）は29.4を記録し、中程度のJPEG圧縮レベルと同等の画質を達成しているとのこと。 ![GameNGen Figure3.jpg] :::small 画像の出典：[Diffusion Models Are Real-Time Game Engines]{target=“_blank”} ::: 研究では、AIがDOOMのような複雑なゲームをリアルタイムで生成できることを示したが、一方で解決すべき課題も明らかになった。たとえば、現時点では短いゲームセッション（約20秒間）しか持続できず、長時間のゲームプレイには限界がある。この制限は、フレーム数が進むにつれてシミュレーションの品質が劣化する「オートリグレッシブ・ドリフト」現象によるものだという（下図参照）。 左：PSNR（ピーク信号対雑音比）…数値が高いほど品質が良いことを意味する。時間が経つにつれてPSNRが低下するため、生成されたフレームの画質が劣化していることを示している。 右：LPIPS（知覚的損失指標）…数値が低いほど品質が良いことを意味する。LPIPSが増加していくため、シミュレーションのフレームが本物のゲーム画面から遠ざかっていることを示している。 ![GameNGen Figure6.jpg] :::small 画像の出典：[Diffusion Models Are Real-Time Game Engines]{target=“_blank”} ::: 研究チームはこの技術が将来的にさらに発展し、ゲーム開発に革命をもたらす可能性があると述べている​。将来的には、テキストや画像から新しいゲームが自動生成される可能性もあり、開発コストを大幅に削減できると期待されているという。 ＜GameNGenが生成したフレームと実際のゲームの比較＞ ![GameNGen Figure5.jpg] :::small 画像の出典：[Diffusion Models Are Real-Time Game Engines]{target=“_blank”} ::: :::box [関連記事：リアル動画をインタラクティブな3Dゲーム環境に変換するAI「Video2Game」仮想環境を自動生成しコストダウンする新たなアプローチ] ::: :::box [関連記事：AIでゲームの没入感アップ！ MicrosoftがNPUを活用した「Automatic Super Resolution」発表 - Windows OSに統合] ::: :::box [関連記事：NVIDIAが ゲーム体験を変革するAIアシスタント「Project G-Assist」を発表] ::: :::box [関連記事：Stable Diffusionとは｜今からでも遅くない、使い方の基本と知っておくべきこと] :::