反馈:从控制论到游戏

文摘   2024-10-27 22:28   北京  

反馈是指游戏系统对玩家输入做出的任何形式的回应。这种回应主要通过视觉、听觉和触觉等感知通道传递信息,让玩家明确感知到自己的操作产生了预期或非预期的效果。

反馈维纳(Norbert Wiener)提升到重要的理论位置。这始于二战期间他对防空系统的研究工作。1941年,他接受军方委托,着手研究如何提高高射炮击中快速移动目标的精确度。在研究过程中,维纳注意到,传统的瞄准方法过分依赖射手的经验判断,无法应对现代战机的高速机动。为解决这个问题,他提出了"预测性瞄准"的概念:不是瞄准飞机当前的位置,而是预测其未来位置。这需要一个复杂的数学模型,将飞机的位置、速度、加速度等信息整合起来,计算出最佳的射击时机和角度。更关键的是,系统需要不断将实际瞄准效果反馈回来,用于修正预测模型。这种动态修正机制成为了维纳反馈理论的最初雏形。

深入而言,维纳在1948年出版的《控制论》中系统阐述了反馈的基本原理。他将反馈定义为"通过系统过去行为来控制系统未来行为的方法"。这一定义背后包含了三个关键要素:信息的采集、处理和反馈。

以恒温器为例,维纳详细分析了这三个要素是如何协同工作的:温度传感器持续采集室温数据,控制单元将这些数据与预设温度相比较,然后根据差异决定是否启动制热或制冷装置。这个看似简单的过程实际上体现了反馈控制的核心特征:系统通过不断的自我修正来维持稳定状态。

负反馈与正反馈是两种基本反馈方式,它们的基本区别在于系统对偏差的响应方式。负反馈试图抑制偏差,而正反馈则会放大偏差。这一概念最早由维纳(Norbert Wiener)在研究自动控制系统时系统化地提出。以家用空调系统为例,它体现了典型的负反馈机制:当室温高于设定值时,空调启动制冷功能,使温度下降;当温度低于设定值时,则停止制冷,让温度回升。这个过程中,系统不断将实际温度与目标温度进行比较,产生的偏差信号始终指向抵消偏差的方向。空调系统的精妙之处在于,它能够根据偏差的大小自动调节制冷功率:温差越大,制冷功率越大;温差越小,制冷功率越小,这种渐进式的调节确保了系统不会出现剧烈振荡。

进一步探究可见,很多实际系统中同时存在正反馈和负反馈机制。例如体温调节寒冷环境下,肌肉颤抖产生热量,提高代谢率产生更多热量负反馈:当体温升高到特定范围,会触发出汗等降温机制

游戏中的反馈机制源自控制论和系统论,是指游戏系统对玩家行为作出响应并影响后续游戏状态的机制。正反馈指系统强化初始变化的方向,在游戏中往往表现为"强者愈强";负反馈则抑制或逆转初始变化,表现为"制衡领先者"。

《文明》系列游戏展现了典型的正反馈链:玩家占领的城市越多,就能获得更多资源;更多的资源又能支持更大规模的扩张和更强的军事力量;更强的力量能够占领更多城市。这种螺旋式上升的正反馈确实能带来扣人心弦的扩张体验,但游戏同时设计了城市维护费用递增、帝国幸福度下降等负反馈机制,以防止玩家通过单纯扩张就能轻易获胜。

值得特别关注的是反馈强度的调节机制。游戏设计需要精确控制反馈的触发条件、作用强度和持续时间,以维持游戏的平衡性和趣味性。例如赛车游戏中的"橡皮筋AI"系统。这个系统会根据玩家的领先优势自动调节AI对手的性能:当玩家落后时,AI会略微降速,给予追赶机会(负反馈);当玩家遥遥领先时,AI会适度提速,保持竞争张力(正反馈)。但这种调节是有限度的,既不会让必然的失败变成胜利,也不会完全抹杀优秀车手的技术优势。系统通过精确的数值调节,在保持比赛悬念的同时维持了竞技性。

街头霸王》系列创造了"气力系统"这一开创性的平衡机制。当角色受到攻击时,其气力值会上升(负反馈),积攒到足够数量后可以释放必杀技。这看似是帮助处于劣势方的负反馈机制,但实际使用时需要较高的技术水平和战术判断:贸然使用必杀技可能会被对手识破和惩罚,因此即便是处于优势的一方,也必须时刻警惕对手的气力值,权衡是否该给予压制还是保持距离。这种既包含负反馈又需要战术运用的设计,让比赛即便在实力差距明显的情况下也能保持悬念,同时又不会显得做作或不公平。

战斗系统反馈是游戏设计中最基础且最复杂的反馈系统之一,它涵盖了从输入确认到结果呈现的完整链路。这个系统通常包含三个关键环节:前馈(预示动作即将发生)、实时反馈(动作执行过程中的响应)和后馈(动作完成后的结果展示)。在具体设计中,这三个环节往往通过视觉、听觉和触觉等多重感知通道同时传递信息。格斗游戏通常有完整的三段式反馈链:当玩家按下攻击键时,角色会即刻做出预备动作并播放起手音效(前馈);攻击过程中角色的动作会有拖影效果,同时播放劲道十足的击打音效(实时反馈);击中后会触发特写镜头、打击火花和震屏效果,并伴随打击音效和受击音效的叠加(后馈)。

反馈系统不仅需要传递信息,还要通过适当的节奏来构建战斗的张力。这种节奏可以通过调整反馈的密度、强度和持续时间来塑造。宫崎英高在《黑暗之魂》系列中独特的战斗节奏:每次攻击都有明显的前摇动作,让玩家能够预判和应对(较长的前馈期);武器击中敌人时会有短暂的顿帧效果,配合震动反馈和声效,强化打击感(高强度的瞬时反馈);击中要害时会触发特殊动画,给予玩家额外的成就感(强化后馈)。

分层反馈系统在战斗体验构建中的核心在于将单一战斗动作的反馈分解为多个独立但相互关联的层次。这种分层包括基础反馈层、进度反馈层、成就反馈层和惩罚反馈层。基础反馈层负责传递最基本的战斗信息,如攻击是否命中、造成的伤害等,通常通过最直接的视觉和听觉效果呈现。进度反馈层则跟踪并展示战斗的连续性和累积性效果,比如连击数、能量储存等。成就反馈层针对玩家的优秀表现提供特殊奖励,而惩罚反馈层则对失误做出负面响应。

《忍者龙剑传》系列中展现了经典的分层反馈设计:基础层有利刃入肉的击打效果和血液飞溅;进度层通过右上角的忍术能量条展示积累;成就层在连续处决时触发特写镜头和专属音效;当玩家受伤时,惩罚层则通过画面泛红和角色痛呼来强化挫败感。

反馈阈值设计的核心在于确定何时触发、以何种强度呈现游戏反馈的精确界限。这种设计需要考虑输入信号的强度、持续时间和频率,以及玩家的感知极限和注意力容量。阈值设计包含多个关键参数:触发阈值决定何时开始产生反馈,饱和阈值规定反馈强度的上限,衰减阈值控制反馈如何消退,而叠加阈值则管理多重反馈的组合效果。死亡搁浅》中,当玩家在复杂地形中保持平衡时,系统会根据倾斜角度设置不同的反馈阈值。轻微倾斜只会触发轻微的控制器震动;中度倾斜会额外激活角色踉跄动画;而当倾斜角度过大时,系统才会触发跌倒状态,同时伴随强力震动和物品掉落效果。


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