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以三款经典游戏为例 分析伪随机设计原理

2018-07-04 11:06游戏观察 /

电脑程序在无其他因素干扰的情况下,只会按照一种既定方式运行,导出每次都相同的结果。因此具体到RPG设计中,我们必需小心玩家利用伪随机机制创造有利状态,比如避免遇敌,或者为战斗挑选最合适的敌人。解决这个问题的办法就是在系统之外寻找更多变量,改变程序的运行状态。在FC和SFC上,很多游戏采用在部分帧或所有帧上不断读取乱数的做法。因为玩家的操作很难在相同1帧内重现,随着时间的推移,程序导出的结果自然也会越来越发散,因为玩家给程序提供了变量。

如果是有时钟的操作系统,根据时间读取或重置乱数也是可行的办法——但时钟的时间通常是玩家自己设置的,这可能也会导致乱数被利用。然而如果时钟的单位刻度足够精准,比如达到毫秒级,那么根据时钟设置乱数是非常好用的,因为在毫秒单位内玩家很难做出准确的操作。

回到《最终幻想》。严格来说,这是一种过于随意地“利用”玩家的做法——即便玩家本身也可以做一些操作来改变列表状态。但是如果某场高难度战斗,我们希望玩家尽量避免或者强制触发,要怎么办呢?

在游戏中有一个隐藏BOSS“死亡机甲”(WarMECH),出现在一个遇敌率非常高的场景里。每个场景能遇到的怪物都是有分组的,设计师将“死亡机甲”单独分进“第8组”,并且设定遇敌乱数只有撞上固定的三个数才会碰到“第8组”,因此理论上玩家遭遇“死亡机甲”的概率只有3/256。

《超级马力欧64》:线性同余法

现在基于线性同余法编写随机数生成器是软件开发采用的主流解决方案,游戏圈也一样——当然前提同样是不被破解和利用。《超级马力欧64》是使用线性同余法生成随机数的代表游戏之一,任天堂使用这种方法在地图中大量随机生成金币。

线性同余法就是使用线性同余方程(编者按:我不是数学帝,这个方程我也不懂,有兴趣的可以百度或请教程序员)无限计算,得出一个数列。根据该方程的特性,这个数列在不懂公式的人眼中看起来近似完全随机,但在N次计算后必定会开始重复之前的结果,形成循环。

在游戏中,玩家行为(比如走几步路)会生成一个“种子”数值带入方程算出一个解,这个解本身对应游戏中的某种结果反馈给玩家,同时本身会作为第二个“种子”数值再次带入方程运算,如此无限重复,形成一个庞大的数列。

《超级马力欧64》已经被破解,游戏使用的底层公式也被曝光了。根据这个公式,任意数值在带入方程运算65,114次后就会形成循环,开始重复之前的结果。如果是在科研领域,规律如此明显的伪随机数肯定是不能做样本使用的。然而对游戏来说,这个方程的运算结果“外行”看起来已经相当随机,而且在进入循环之前给出的数值样本足够大,基于数学公式进行运算对程序员来说既方便学习又不吃太多性能,是一种不错的解决方案。

《精灵宝可梦》:复杂的多重算法结合

《最终幻想》的“古典”伪随机数生成法可以决定玩家遇到哪些敌人、何时遇敌,但是耗费的工作量是巨大的;《超级马力欧64》的线性同余法可以用于大量在游戏中刷道具或者定义敌人行为,然而从游戏技术上说,也谈不上多大进步。在游戏业,玩“伪随机”的集大成者当属任天堂的另一招牌IP《精灵宝可梦》。

影响玩家遇到一只宝可梦的乱数可能产生在很早以前,并且在不知不觉中,已经影响你的游戏进程很长时间了。这些数据有些隐藏在玩家身上,有些是保密的,操纵他们很可能从根本上改变游戏体验——而且因为宝可梦是可交换的,受影响的可能不止是你一人。

因为随机性是游戏核心玩法的一部分,所以宝可梦系列使用的伪随机算法特别复杂,比如“马特赛特旋转演算法”(Mersenne Twister)等等。由于该系列在全球范围内旺盛的人气,有无数玩家乐此不疲地尝试破解它的算法,还由此诞生了专门的极客站Smogon University。

破解算法的一个目的是获取“闪光”宝可梦——它没有对战优势,但极其罕见。在“宝石”系列(第三世代)中,平时游戏每1帧就会读取一次随机数,而在战斗中读取频率还要翻倍,至于其他随机元素的复杂程度就更不必说了。Smogon University有一个单独页面是专门计算“绿宝石”的随机数的,因为“绿宝石”在设计上有个缺陷:游戏重启后,系统不会根据时钟设置伪随机数的种子数值,而是总将其重置为0,在“红宝石/蓝宝石”中则不存在这一问题。

知道哪些时段、哪个区域、哪几帧里能遇到“闪光”并不能保证你一定可以得到它。时间精确与否是个问题,而且你在游戏中的各种行为都可能触发另一次乱数判定,“吃掉”你期望撞上的那个伪随机数,但至少玩家还是因此有了个看得见摸得着的目标,能朝这个方向努力。而且恰恰由于绿宝石每次开机会重置种子数值的特性,“刷闪光”还是比普通玩家忍受的1/8192的概率高多了,操作上也比蓝宝石/红宝石更便捷。

编辑:向向

文章关键字 天南贡品

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