和学霸一起学 | 手把手教你做游戏玩法开发
“和学霸一起学”栏目每周推送游戏相关的专业课程内容，通过相对专业、体系的知识内容，帮助大家提升对游戏的认识水平和理解力。本篇内容源于由清华大学美术学院与腾讯游戏学堂联合制作“游戏程序设计”系列课程，课程名称为《游戏玩法开发》（讲师：马若遥）。文末还设有学习互动环节，欢迎参与赢取奖励！
#01
游戏玩法开发的定义
游戏玩法开发的定义比较模糊，目前在业界未有完全的定论，主要是指与玩家交互行为相关的游戏功能和行为的开发。
技术与设计的衔接
中国的游戏团队，在传统上认为游戏玩法开发是技术与设计的交叉点，是MMORPG（Massive Multiplayer Online Role-Playing Game，大型多人在线角色扮演游戏）时代的工作习惯导致的。在MMORPG时代，游戏玩法是以数值为核心，结合流水线思维开发的产物。由于我国工业化时间较短，艺术和文娱行业经历过断代，所以游戏开发参考工业发展历程，从而衍生流水线思维。
技术与设计的融合
而西方团队，一般认为游戏玩法开发是技术和设计的融合，其中融合部分更多的包括技术和设计部分。最初，因为西方游戏开发团队规模小，并没有游戏设计师的概念。所以在FC时代，甚至PS时代，很多游戏团队的设计工作，都是由程序员和美术师兼职完成。基于此，西方游戏团队更倾向于用创作者的思维进行游戏玩法开发。而且因为现代独立游戏的兴盛，西方很多人会对工业化流水线的流程反感。
技术、设计与艺术的统一
技术、设计与艺术的统一，是游戏开发的终极形态，少数顶尖开发者可以做到。这个要求其实并非严苛，因为游戏玩法开发团队需要作为核心部分，从确定愿景开始，参与游戏的原始设计以及游戏的开发周期，会衔接众多的生产环节。例如美术、声音，甚至是运营、市场等，这些环节都是与游戏玩法直接相关的。所以，游戏玩法开发需要一个真正的多面手来完成。
#02
建立愿景
建立愿景，是所有游戏项目开发过程的第一步，也是最重要的一步。无论是做单人开发者的简单小型独立游戏，还是成百上千人的大型项目，第一步都是需要有愿景。
愿景的定义
愿景是描述游戏最核心、最重要的部分。清晰的愿景是项目成功的保障，但问题在于，愿景本身可能比较模糊。所以，很多时候需要通过迭代、通过项目的进展来解决愿景模糊的问题，随着项目进展，愿景可能会随之变化。
很多项目会有一个负责人作为Vision Holder，例如著名的游戏制作人小岛秀夫，例如顽皮狗工作室的最后生还者，有一个比较清晰的制作人；但也有很多游戏的制作人并不明确，例如《使命召唤（Call of Duty）》。
一个游戏项目是否有一个人作为明确的Vision Holder，其实没有那么重要。因为愿景是否清晰的标准，在于执行者是否清晰。
另一方面，不是只有Creative Director才可以考虑愿景，愿景也不是仅存在于大型游戏项目中。我们做一个很小的东西也有愿景，例如子系统。
传达愿景的方式
传达愿景的方式多种多样，不仅限于项目文档。国内团队，在很多情况下喜欢用Excel、Word、网页或长篇大论的设计文档来传达设计愿景，但如果执行者不看或者没有看懂文档，也是无意义的。
无论如何，评价设计愿景的标准依然是：执行者是否清晰。因此，愿景最重要的是存在于执行者的心里。我们应该运用表演、写、画、举例参考等一切途径去尽可能清晰地传达愿景。
传达愿景之后，需要传达者和执行者一起达到结论与共识。执行者通过结论与共识，才能最后执行这个过程，所以结论与共识也是在游戏中看到的最后状态。但是，在落实到实际工作中时，还会有不同的情况和变化。
三消愿景
下面通过三消游戏的实例，来讲解具体如何建立愿景。
在做三消游戏前，首先尝试建立愿景。按照标准的三消游戏，大致玩法如下：当砖块下落，玩家可以交换砖块的位置，三个颜色相同的砖块连在一起就会消失。
但清晰地传达愿景并不容易，可能仅通过描述游戏玩法和具体的流程图，也并不能明确愿景是什么。例如三消游戏，如果大家没有玩过，当看到游戏玩法描述和流程图时，只能想到俄罗斯方块游戏。
我们参照一个已经存在的三消游戏进行描述，或许会对三消游戏的愿景更加清晰一些。比如：
① 首先，解释这是一个N×M尺寸的、布满砖块的板子；
② 然后给三消和Match下定义。三个或三个以上同色砖块连成一线叫Match，形成Match的砖块会消除并加分；
③ 最后，阐释玩家的操作是可以交换相邻两砖块的位置来形成Match，消除后的空位，会由上方的砖块自动下落补充。
通过一个其它游戏的例子，可以更加明晰愿景。但明确愿景之后，它仍然只有大概轮廓，具体的细节仍不明确。
因此，下一步需要用到分治策略。分治策略是游戏玩法开发中比较重要的一个思维方式，比如编程中的很多算法的实现都会用到此策略。
分治策略
分治策略（Divide and Conquer），简单来讲就是将一个大的任务分解成几个小的任务，从而一个个去攻克。对于愿景来说，分治是按照个人或团队的工作习惯，将其分拆为易于实现的模块。
分治策略也可以用于分析成品游戏，例如大家比较熟悉的游戏《超级玛丽》：
根据上方的图片，我们使用分治策略，大概能拆出关卡、地形、主角、敌人、水管、金币、分数等元素。如果我们要做这个游戏，当使用拆分方法与团队的其他成员一起讨论时，可能会面临一些问题：例如
① 分数是应该算给主角还是敌人？
② 水管只是水管，还是算关卡或者地形的一部分？
③ 关于火球和飞锤，做飞行物的程序员会认为两者属于同一类，都是在做飞行物系统时所用的。但其他人可能认为，漂浮在空中的金币，也算一种飞行物。
其实，这些问题没有绝对的答案。新团队可能会因此陷入争吵，但并没有必要纠结这些，此阶段最重要的是往下推动进程。
三消拆解
仍然以三消游戏为例做三消游戏的拆解，其要素大致分为：世界、板子、砖块、计分板、菜单。
世界是整个游戏的容器，包括关卡、道具、玩家形象等；板子是每一个关卡的静态要素之和；砖块是画面中掉落和玩家会去拖动的东西，即画面中的动态要素。
但这样拆解后，则会出现一些问题和矛盾：例如
① 砖块会占据一个格子，如果砖块消除了，剩下的格子是什么呢？它可以算是板子的一部分吗？
② 假如游戏没有关卡，只有一关，板子和世界是一起的，还是独立的呢？
③ 假如游戏有胜利的规则，如何界定游戏胜利，是消除到达一定分数还是时间结束为零？胜利的规则是由世界管理还是由板子管理？
这些问题可以暂不做争论，我们介绍一个简单的原则：K.I.S.S.。
K.I.S.S.（Keep It Simple and Stupid）
K.I.S.S.，指的是Keep It Simple and Stupid（保持最简）。当有A、B、C三个可供选择的方案时，我们不确定A、B、C哪一个方案是好的，此时可以选择一个最简单的方案，先做最好做的方案。
虽然有人认为这种做法太缺乏计划性，但是在游戏项目，尤其是在玩法开发上，不确定性是非常突出的特点。游戏玩法开发并不是一个单纯的技术性工作，当出现不确定性时，团队可能会争论，甚至产生一种恐惧感。争论和恐惧感便会影响团队决策，进而导致项目无法推进并且按时完成，最终可能会导致游戏无法上线。很多时候，我们不知道外部环境会怎样变化，也不清楚现在对于未来思考的决策，将来是否能奏效，所以不如使用此原则：Keep It Simple and Stupid（保持最简）。
除了K.I.S.S.之外，在业界比较流行的概念，还包括：
① YAGNI-You ain’t gonna need it（忌引而不发），主要指我们为未来做的一些准备工作，如果现在不用，将来很有可能会用不上。所以，基于“忌引而不发”的原则，我们没有必要过多提前准备，可以等需要的时候再去做。
② If it ain’t broke don’t fix it（忌未雨绸缪），主要指做的内容有瑕疵时，先不用急着解决，待出现问题时再解决。
使用K.I.S.S.原则，对拆解的三消元素进行简化。例如如果板子不确定，可以先把它放到世界中，不单独列出来；砖块所占的格子不确定，也可以先放到世界中。这样便只剩下世界和砖块两部分内容。
世界是所有静态要素，砖块是所有动态要素。此时，很多不确定性问题都已解决，同时项目的Scope（边界）也会变得清晰。
#03
划定边界
对于一个项目来说，Scope（边界）是非常重要的一部分，因为Scope决定了我们需要的资源，包括时间、金钱等。
无论是一个人的独立游戏，还是一千人做的大型游戏，都需要确定Scope，Scope与Vision是两个最重要的事情。
接下来，便可以开始实际动手写代码，这里展示的代码都是简单的伪代码而不是实际代码。
上图是砖块类别和World类的伪代码。
左侧代码，将砖块的类别按颜色进行定义。这里我们犯了“引而未发”的错误，我们假设将来有合成炸弹的机制，但在整个三消游戏完成之后，也没有用到。
世界类也比较简单，我们可以先用一个map映射，把它与实际的图像对应起来，然后再定义世界的大小，例如10×10，最后写一个相机定义分辨率。
在这里，介绍一个我个人的经验，即快速上屏原则：通过越少的工作量，尽早的在屏幕上看到雏形，项目就会推进得越顺利。因为我们在看到具象的内容之后，才能与别人开始讨论并且有目的地改进它，而不是纸上谈兵。代码本身也只是一种文档，它经过编译后无论是变成机器码还是什么形态，最终只有运行起来，才是我们要的结果。
#04
迭代
迭代的核心想法就是快速试错，面对设计的不确定性，我们应该去拥抱它。这与上文的K.I.S.S.原则也是一致旳。
因为直到游戏项目上线之前，游戏设计都会遇到很多不确定性因素。设计的不确定性，本质上是因为现有的信息不足以支撑决策。“想好就不要改了”的状态是很难实现的，市场一直在变，玩家一直在变，项目的状态也会一直变。
迭代循环
由设计出发，到实现、体验、反馈，最后再到设计形成一个循环，是一次迭代；多次循环此过程，就是迭代循环。
如果要进行快速试错，则需降低单次的循环成本。迭代，本质上是时间上的一种分治策略。每当完成一个阶段时，都需要反复问自己：What’s Next（下一步是什么）?其目的是推进项目的快速进行、顺利完成项目。
面向对象
面向对象，是程序设计中的一种把数据和逻辑打包的思想范式。
例如，皮卡丘这一个体，它对应的种类就是皮卡丘，有等级、生命值、攻击、闪避、进化等属性，把相关的代码打包在一起，构成一个类，这个类就是一个对象。把相关的代码集中管理，其目的是便于维护和重用。现代很多商业引擎便是如此，Unity和Unreal中，有Actor、GameObject等。它是把图像、模型、声音等所有元素都放在一起，把代码也放在其中，这就是一个对象。
对象是可以继承的。假如皮卡丘进化成了雷丘，雷丘的攻击等行为就可以直接继承皮卡丘的属性。
但面向对象并不是唯一的范式。例如《使命召唤》的引擎，不是C++，而是纯C语言。C语言则不是一个面向对象的语言，它的编辑器也不是面向对象的。
以上表为例，如果不从程序的角度看，它并不是一个面向对象的范式。游戏策划可能并不在乎每一个对象里面所包含的内容；他在乎的，是每一个对象里的几类重要内容以及它们之间的关系。
所以，设计不一定必须面向对象。很多时候，面向对象并不一定是最好的解决办法，大家要把正确的工具用在正确的地方。
砖块，是一个比较自然的、可重复出现的个体，而且我们关注它的值。所以我们先把砖块写成一个对象。如上图，代码上半部分是砖块的属性，下半部分是砖块的起点、终点和移动方向等。砖块的移动，则需用插值函数完成。
插值（Interpolation）
插值相关的术语有：Lerp（Linear Interpolation，线性插值）、Interp,、MapRange、 Bezier/Hermite curve（贝塞尔/埃尔米特曲线）等。
插值，简单讲就是一条直线或曲线，当X变化时Y发生相应的变化。它属于很基础的内容，但应用范围很广泛，在平常的工作中可以解决大部分的“过渡”问题。屏幕上大量炫酷的动画，都可以用插值来完成。如上图中的例子，艺术师就只做了几个关键帧，中间过程则由插值完成。无论是三十帧、六十帧还是九十帧，都可以看起来很平滑，这其实也是一种Divide And Conquer的概念。
玩家输入
关于砖块的交换行为，有两种设计思路：第一种，是玩家点击选中砖块，再选择相邻砖块，将二者互换；第二种，是玩家向某方向拖拽砖块，砖块与相邻的该方向砖块交换位置。
第一种设计比较容易实现，但将复杂性留给了玩家。如果是用手机玩此游戏，玩家可能会遇到点错、点不中或手滑的问题。
第二种设计比较复杂，因为玩家的手势判断很难确定。此时，我们可以做一个折中方案，在方案二的基础上进行简化。不做标准的拖拽动作，而改用摁下（MouseDown）和抬起（MouseUp），并明确边界：一共四个方向，只考虑从摁下去到抬起来的点，这个点落在哪个区间，砖块就与该区间的相邻砖块交换位置。这种折中的方案没有比第一种复杂太多，只多了一点数学计算，但是又大致实现了第二种思路。这里是KISS原则的一个体现。
砖块销毁
最后，我们需要做的是砖块的出生和销毁。销毁的实现，只需删除并加一个简单的特效就可以。实际的代码中，则需要处理一些引用关系，例如某个砖块删除后会留下空位，某个砖块有引用指向，另外一个砖块需要跟它交换，这些情况都需要进行处理。
假如我们做了一个很好的删除和播放的特效，但前提是砖块需要三消，必须要攒齐三个才能触发。此时，我们可以先暂时不用处理，可以先写一些临时的测试逻辑。三消游戏的情况比较简单，可能不需要写测试逻辑，但也会有其他更复杂的情况。
例如《绝地求生》游戏里有可以在山坡上开的摩托车，我们做好车之后去和团队交流，可能发现车做好了但是玩家部分还没做好。此时，虽然工作量很大，但一般情况下，我们也需要再写一个复杂的逻辑，来让玩家一进入到关卡，立刻就能开上摩托车。经常验证，也是一种分治的概念。它可以防止我们把所有东西都留在上线或验收之前一起验收，以防所有东西一起验证出现问题。
砖块下落
砖块消除后，相邻砖块会有下落的动作。砖块下落有两种处理方式：
空位上方的所有砖块共同下落、砖块一个个下落。共同下落的处理方式有些复杂，我们可以让砖块一个个下落补空位。其优点就是可以套用砖块的交换逻辑，不用再写复杂的下落逻辑，把上下砖块相互调换或调一调数值即可，下落效果还是不错的。但在其中可能会有特别多bug，例如某个黄色砖块落到它下面的格子，假如它落下的位置相邻两个格子都是黄色砖块，这行在下落的过程中、整个画面还没有稳定时，就直接消除了。因为消除的逻辑是在每一次下落以后检查Match Three，落一格检查一次，这时就会出现bug。
生成新砖块
如果有空格子，上面的砖块会落下，然后顶端会生成新的砖块一起落下来。把按照空位数量在顶端生成新砖块和砖块下落作为一个问题太复杂，我们可以简化成让砖块一个个生成，这样的处理方式还可以解决第一屏的问题。
第一屏问题，是指一开始屏幕里生成了所有的砖块后，有可能出现三个同色相连的砖块，但MatchThree程序是在砖块下落的时候才进行检测，所以已有的程序无法消除这三个砖块。但我们可以让砖块一排排生成，待顶端生成一排再下落，然后再生成一排下落，这样就可以解决此问题。
检测三消（MatchThree）
检测三消是触发砖块销毁的过程，此过程仅在砖块移动后发生，其实也是对算法的一种优化。此算法的运行代价比较昂贵，假如有一万个砖块，如果只能对砖块一个一个检测，这个检测算法可能需要运行千万次。在实际玩法中会经常遇到这种情况，所以需要想办法对其优化。优化也是一种分治策略，包括时间分治和空间分治。
优化检测属于在时间上分治，如果在特定事件发生以后再执行操作，就不会出现每一帧、每一个都要检测的情况，在时间上检测发生的几率也就小很多。
但我们做的三消检测仍是有一个bug：如果某个砖块下落，它右边相邻格子不同色，但左边相邻两个个格子同色，这种情况下不会发生消除。因为算法只检测下落砖块的上下左右四个方向，所以需要多检测几次。
测试和除错
简单的测试代码有很多用处。
首先，可以在功能完整实现之前，消除一部分错误。这样可以避免所有错误集中到一起。
其次，我们可以有意地修改一些代码，帮助重现bug。因为有些bug比较特殊，只有在外部条件非常复杂时才会出现，但它出现的几率又不够小，可能是万分之一而不是百万分之一。当游戏中有百万玩家的时候，则会有很多玩家碰到此bug。此时，我们需要进行测试，在拥有充足信息的前提下，知道bug产生依赖的逻辑线，便可以进行修改，使程序只走这条逻辑线，从而帮助测试代码。
此外，还有一种更极端的方式，是有些游戏的客户端和服务器是分开的，客户端负责渲染，服务器给客户端发包指导客户端进行操作。假如客户端的逻辑是确定性的，即每次只要进行同样的输入，它会执行同样的输出。在这样的条件下，可以把外部环境录制下来。例如有些游戏中录像功能可以进行回放，假如在回放过程中渲染端出了任何的Bug，则都可以用比较高级的开发工具快速debug。
最后，有时测试甚至可以帮助迭代，加快个人的迭代速度。
虽然Log（屏幕消息）被认为是原始社会的产物，但它有很多好处，它与debugger是两种共存的元素。
debugger的优点在于，善于追踪更深一层的逻辑树，例如在一个点中看到的bug，实际逻辑不一定在这点发生了，可能是之前或之后的某一个数据出了问题。此时我们用Log（屏幕消息）debug会非常困难，需要加很多内容以后，才会可能看到某些有问题的数据，而且在使用Log的过程中，还会出现打得过多，找不到要点的情况，但debugger就可以很好地发现问题数据。
但Log也有自身的优势，它可以很清楚地看到bug，在大型团队里，非程序技术人员可以随时开关Log把bug显示在屏幕上，不用借助编辑器，便可以直接截图发给负责程序的人员，来简单快速地进行debug。此外，许多游戏发售之后，Log可能是唯一有效的执行手段。假如用户崩溃了，我们可以获取的只有一个Log。
辅助图形（Debug Draw），就是在屏幕上画一些条条框框，它与Log有相似之处。遇到bug直接截图，并将相关的Debug Draw一起发送给技术人员，技术人员就能直接明确问题出现在哪里。
Debug Draw也可以进行辅助开发。例如一个敌人AI，其构成复杂，可能是机器人、僵尸、动物和人类的结合体，它的行为也比较复杂，可以使用十八般兵器。这时敌人AI做了一个动作，Creative Director认为在这个时间点不应该做此动作，便需要程序员去找原因。此时，假如我们把AI各个系统里的参数、评估函数的结果等都画出来，输出到AI脑袋上方，我们或许就能明白动作的缘由。
断言（Assert），是在写一个函数时把值的预设提前写出来。例如值应该是在0到1之间，或者值不应该是负的，当把它写进程序时，如果程序崩溃出现问题，就会报错，之后便可以明确出错的问题。
但是程序崩溃也会造成新的问题，例如，正在做的编辑器希望设计师在文本框填一个0到1之间的数字，在写了断言后，设计师填上数字2之后编辑器直接崩溃了；如果在游戏逻辑中写了一个断言，别人做了改动后，游戏直接崩溃，最后会发现断言失去作用了。这种情况下，常用的处理方式是自己写一个断言库，出现断言时只是把Call Stack（调用堆栈）调出来，而编辑器不会崩溃。
#05
抛光Polish
游戏设计的最后一步是抛光，抛光是游戏从功能到艺术的过程。
游戏设计有一个MDA模型，指的是Mechanics, Dynamics, Aesthetics。例如，按下按键后角色走动，叫做Mechanics；如果角色身上着火，角色走动时把身边的树丛点着，不同系统之间引燃的交互，叫Dynamics（动态）；Aesthetics是从玩家视角描述的，比如我们刚才说玩家的走动和着火，其实从开发视角来看，只是某个属性和特效从玩家转移到树丛上，而火/水的概念，就是Aesthetics的概念。
#06
开发者视角和玩家视角
开发者视角，从开发的角度看MDA，是以功能为基础，再进行系统之间的动态交互，最后才是美的层面。
玩家视角，首先接触到的是美学层面，然后再理解动态和功能，有一些玩家甚至不会理解功能。
所以，玩家与游戏开发者看到的质量是有所区别的。玩家会很在乎小数值的不平衡、bug、卡顿崩溃等质量问题。例如，《刺客信条：大革命》游戏，游戏完整地还原了巴黎圣母院。但当它刚发售时，玩家因为头发系统、脸系统等出现问题、则会因为这些小bug对游戏打出非常低的评分。但这些bug，对于开发者来说，可能感觉不是那么严重，只是一些显示错误而已。
抛光就是解决这个问题的。最重要的一点，在于开发者需要留出足够的时间。因为功能做完后，其实并不算将整个游戏做完，还需要做出游戏的艺术效果。
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