Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/10216/107057
Author(s): Ana Carolina Ribeiro Moura
Title: Fostering motivation through AI techniques in educational serious games
Issue Date: 2017-07-17
Abstract: The term serious game refers to games that have a bigger impact than entertainment and have been growing over the last years. Serious games usually are developed for a target audience and a target teaching goal. This results in a high cost development for a small audience. One of the most relevant problems in serious games is the need to adapt and balance the game, this balance is restricted to one person and it can't be extrapolated to a bigger audience, turning the small audience to just a few peoples. In order to have an efficient control of learning, it is necessary to understand the latent relation between the cognitive capacity, motivation and performance of each person. The more personalized the material given to each student, the better their learning will be, because the balance is tailored to your needs. Machine learning, especially reinforcement learning (RL) can be used for automated NPC behaviour generation and it can be applied to an agent that controls the difficulty of a game in an unknown, unsupervised environment. For that reason, the application of algorithms like Q-learning may help on the creation of personalized learning curves in a game. The broad objective of this thesis is exploring how Artificial Intelligence can help monitor and adapt a game in real time to a player's needs and profile. Specifically, we want to study the state-of-the-art in the context of serious games as well of adaptative games. We aim to create a game with real time adaptation in the area of Mathematiques, that can create a reliable profile of any player inside our target audience and adapt to the needs of that profile. Ideally, this will be the next step on e-learning and serious games development as we can expand our audience to a bigger number with the same resources. There is a broad range of work in serious games and how they are the answer to motivate the students, however it is need to keep a flow state in the student for better results. Some papers also explore how AI can help with these questions but there is no concrete answer to this need and no definite study of how to do it. Nonetheless, the research work help us define some parameters need for the success of this dissertation work. This work starts by analysing the state of art in education and games, as well AI adapted to these games. After there will be the layout and plan of the game design that was made with the help of an expert. After that the exploration of the integration of Q-learning algorithms within the game we provide some alterations to the normal Q-learning. Finally there is the analyse of the data collected from the target audience and conclusions.
Description: O termo jogo sério refere-se a jogos que têm um impacto maior do que o entretenimento e têm crescido ao longo dos últimos anos. Os jogos sérios geralmente são desenvolvidos para um público-alvo e um objetivo de ensino . Isso resulta em um desenvolvimento de alto custo para uma pequena audiência. Um dos problemas mais relevantes em jogos sérios é a necessidade de adaptar e equilibrar o jogo, esse equilíbrio é restrito a uma pessoa e não pode ser extrapolado para uma audiência maior, transformando o pequeno público em apenas algumas pessoas. Para ter um controle eficiente da aprendizagem, é necessário compreender a relação latente entre a capacidade cognitiva, motivação e desempenho de cada pessoa. Quanto mais personalizado o material dado a cada aluno, melhor será a sua aprendizagem, porque o desafio é adaptado às suas necessidades. Machine Learning, especialmente reinforcement learning (RL), pode ser usado para geração de comportamento NPC automatizado e pode ser aplicado a um agente que controle a dificuldade de um jogo em um ambiente desconhecido e não supervisionado. Por essa razão, a aplicação de algoritmos como Q-learning pode ajudar na criação de curvas de aprendizagem personalizadas num jogo. O objetivo geral desta tese é explorar como a Inteligência Artificial pode ajudar a monitorar e adaptar um jogo em tempo real às necessidades e ao perfil de um jogador. Especificamente, queremos estudar o estado da arte no contexto de jogos sérios, bem como de jogos adaptativos. Pretendemos criar um jogo com adaptação em tempo real na área da Matemática, que pode criar um perfil confiável de qualquer jogador dentro do nosso público-alvo adaptar-se às necessidades desse jogador. Idealmente, este será o próximo passo no e-learning e no desenvolvimento de jogos sério, pois podemos expandir um jogo para um público maior sem gastar mais recursos. Há uma ampla gama de trabalho em jogos sérios e como eles são a resposta para motivar os alunos, no entanto, é necessário manter um estado de flow no aluno para obter melhores resultados. Alguns artigos também exploram como a AI pode ajudar a manter esse estado, no entanto não há uma resposta concreta a essa necessidade e nenhum estudo definitivo de como fazê-lo. O trabalho de pesquisa ajuda-nos a definir alguns parâmetros necessários para o sucesso deste trabalho de dissertação. Este trabalho começa analisando o estado da arte em educação e jogos, bem como IA usada nestes jogos. Depois, haverá o layout e o plano do design do jogo que foi feito com a ajuda de um especialista. Depois disso, a exploração da integração dos algoritmos Q-learning no jogo, fornecemos algumas alterações ao Q-learning normal. Finalmente, há a análise dos dados coletados do público-alvo e conclusões.
Subject: Engenharia electrotécnica, electrónica e informática
Electrical engineering, Electronic engineering, Information engineering
Scientific areas: Ciências da engenharia e tecnologias::Engenharia electrotécnica, electrónica e informática
Engineering and technology::Electrical engineering, Electronic engineering, Information engineering
DOI: 10.34626/avz4-8c88
TID identifier: 201794632
URI: https://hdl.handle.net/10216/107057
Document Type: Dissertação
Rights: openAccess
Appears in Collections:FEUP - Dissertação

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