Bachelor's Thesis

Procedural generator of 3D voxel maps

Final Thesis 11.8 MB

Author of thesis: Otakar Kočí

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Michal Vlnas

Reviewer: Ing. Roman Čižmarik

Abstract:

This thesis aims to design a procedural generator for large-scale voxel environments and implement it in a sandbox voxel game demo. Its main focus is the generation of natural environments. The generator uses several procedural content generation techniques to assemble the environment, creating terrain and underground, placing water features, classifying and coloring biomes, and finally populating it with vegetation and decorations. All necessary voxel models are generated as well. The implemented demo allows visualization, exploration, and editing of the generated environments, and, thanks to a dynamic, chunk-based generation and unloading system, it can support very large worlds. It can serve as a backbone for game development or be used for educational purposes.

Keywords:

procedural content generation, sandbox voxel game, game development, Godot Engine, voxel representation, pseudo-infinite world generation, Space Colonization algorithm, procedural noise functions, Priority-Flood algorithm, sparse voxel octrees

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student nejprve prezentoval výsledky, kterých dosáhl v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Student následně odpověděl na otázky oponenta a na další otázky přítomných. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm A.

Topics for thesis defence

  1. V aktuálnej implementácii je výpočetne najnáročnejšia extrakcia povrchu. Akým spôsobom by sa dal tento krok optimalizovať?
  2. V kapitole 7.3.3 spomínate, že extrakcia povrchu by sa dala úplne vynechať a nahradiť priamym vykreslovaním voxelových dát. Aké potenciálne nové limitácie/problémy by tento prechod mohol priniesť?
  3. Funguje generovaní na základě seedů?

Language of thesis

English

Faculty

Fakulta informačních technologií

Department

Department of Computer Graphics and Multimedia

Study programme

Information Technology (BIT)

Composition of Committee

doc. Ing. Tomáš Martínek, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Michal Španěl, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jiří Hynek, Ph.D. (člen)
Ing. Filip Orság, Ph.D. (člen)
Ing. Vladimír Bartík, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Michal Vlnas

Celkově se dle mého názoru jedná o excelentní práci. Student byl spolehlivý, iniciativní a celkový přístup byl výborný. Navrhuji hodnocení stupněm A.

Evaluation criteria Verbal classification
Informace k zadání

Vzhledem k pojetí práce studentem hodnotím zadání jako spíše obtížné, jelikož student přišel s velmi dlouhým seznamem vlastností jenž bude práce obsahovat. Většinu z nich úspěšně splnil. Práce implementuje velmi pokročilý generátor 3D herních světů. S dosaženými výsledky jsem naprosto spokojen.
Práce s literaturou

Student pracoval s doporučenou literaturou a následně další vyhledával samostatně.
Aktivita během řešení, konzultace, komunikace

Student byl velmi aktivní, pravidelně docházel na konzultace, ukazoval vždy značný postup v práci, a měl připravené věcné dotazy. Všechny termíny student dodržoval.
Aktivita při dokončování

Práce byla dokončena včas a textová část byla mnohokrát konzultována, včetně finální verze.
Publikační činnost, ocenění

Práce byla publikována na konferenci Excel@FIT 2026.
Points proposed by supervisor: 100

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Roman Čižmarik

Prácu hodnotím stupňom výborne. 


Realizačná časť práce je vynikajúca, plne funkčná a pútavá. Technická správa je na veľmi vysokej úrovni.

Evaluation criteria Verbal classification Points
Náročnost zadání

Evaluation level: obtížnější zadání

Zadanie hodnotím ako náročné. Študent musel naštudovať techniky procedurálneho generovania a herného vývoja.
Prezentační úroveň technické zprávy

Práca obsahuje 8 kapitol, ktoré na seba logicky naväzujú.

Veľmi kladne hodnotím teoretickú časť práce, najmä kapitoly 3 a 4, ktoré sú výborné spracované a vhodne doprevádzané obrázkami. 
Taktiež kapitola 5, ktorá sa venuje teoretickému návrhu herného dema, je veľmi kvalitná. Predovšetkým by som vyzdvihol šikovné prispôsobenie Space Colonization algoritmu na generovanie rôznych druhov vegetácie a prepracovaný systém vodných tokov. 
Kapitola 6 však za predchádzajúcimi kapitolami kvalitatívne zaostáva a obsahuje väčšie množstvo redundantných informácií a diagramov s nízkou výpovednou hodnotou.

Pozitívne hodnotím detailnú analýzu implementovaného herného dema z pohľadu výkonu a pamäťovej náročnosti.

 85
Formální úprava technické zprávy

Jazyková stránka práce je na veľmi vysokej úrovni. Celková úroveň formálnej úpravy textu je veľmi dobrá.

 90
Realizační výstup

Realizačný výstup je plne funkčné herné demo procedurálne generovaného sveta. Herný svet pôsobí vierohodne a obsahuje rozmanité regióny s rôznymi typmi terénov, vegetácie a vodnými plochami. Navyše sa vo svete nachádzajú aj jaskyne s detailnou a uveriteľne pôsobiacou výzdobou. 

 95
Využitelnost výsledků

Výsledok by mohol byť v praxi využiteľný ako základ pre počitačovú hru typu Minecraft. Avšak v aktuálnom stave je najväčším limitujúcim faktorom rýchlosť extrakcie geometrie z voxelov, ktorá pri prechode medzi regiónmi spôsobuje dlho trvajúce úseky načítania.
Rozsah splnění požadavků zadání

Evaluation level: zadání splněno

Zadanie bolo splnené vo všetkých bodoch.
Rozsah technické zprávy

Evaluation level: je v obvyklém rozmezí

Kompletná technická správa obsahuje 77 strán, pohybuje sa teda v obvyklom rozsahu.
Práce s literaturou

Text obsahuje 48 zdrojov, z toho väčšina sú odborné články. Frekvencia a použitie citácií je adekvátna.

 90
Topics for thesis defence:
  1. V kapitole 7.3.3 spomínate, že extrakcia povrchu by sa dala úplne vynechať a nahradiť priamym vykreslovaním voxelových dát. Aké potenciálne nové limitácie/problémy by tento prechod mohol priniesť?
  2. V aktuálnej implementácii je výpočetne najnáročnejšia extrakcia povrchu. Akým spôsobom by sa dal tento krok optimalizovať?
Points proposed by reviewer: 90

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová