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『星际争霸』的寻路hack

作者简介

Wyatt, "Pat" ,1991年加入硅与神经键(暴雪前身),三位创始人以外的第一个员工。自1994年起任暴雪研发副总裁,2000年从暴雪离职创办公司,后推出『激战』系列游戏。

Pat作为元老级员工,参与了几乎所有暴雪早期游戏的开发——包括暴雪起家时的几款SFC游戏,也包括后来脍炙人口的三大系列:『魔兽争霸』初代和二代(制作人+主程)、『星际争霸』(程序)、『暗黑破坏神』初代和二代(程序)。

(详细请阅读:About me - Code Of Honor)

关于博文和翻译

此文讲述了星际争霸开发过程中关于单位寻路问题的困难、一个打破思维定式解决难题的小故事,以及Pat对项目管理的反思(吐槽)。

题目和文中的「hack」一词在编程语境特指「不直观、不优雅、丑陋却有效的解决方案」,颇有「不拘一格」「简单粗暴」之意味,不知汉语中哪个词汇可以精确对应,因此特地保留。

如果有译错之处,请在评论区指正,谢谢。

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—————以下是正文—————

游戏中的单位寻路(*译注1)这个事,好使的时候玩家不会去注意它,不太好使的时候一点小毛病就能让人怒删游戏。而星际争霸,在开发阶段曾经有那么一段时间,寻路根本完全不能使。

星际争霸的开发过程一拖再拖,似乎永远都无法完成:这游戏总是号称还有两个月就发售,完成度却从来没有接近那个迷之发售日。「幸亏」——这个词我故意用的——暴雪有过跳票的前科。

虽然我们一直就有「目标」(其实说是「愿望」更合适)发售日期,我们还是尽量不要对外公开它,直到什么时候有相当把握能按期做完游戏。暴雪的「等它做完」政策保证了产品的高品质,另一方面,也相当于承认了没人知道具体什么时候游戏能做完。

无论如何,在完成项目之前我们碰到了一堆问题,使游戏无法上市。和其它进入开发尾声阶段的游戏一样,大量的毛病等着被发现和修复,而且遗留bug数以千计。大多数bug是小毛病,三两下就能修好。可惜并不是所有bug都这样。

其它的,例如多人对战同步bug,需要编程团队中的好几个人专门花时间——有时一个问题就要花上几周。其它游戏的开发者也吐槽过类似的修同步bug的经历:『帝国时代』和『最高指挥官』。(*译注2、3)

一些bug是由于开发流程本身不完善产生的。神族的航母,动不动就被其它单位甩在后面,因为它总有自己的一套……无论干什么都是。在某个时间点,航母的代码从主代码中分支出来,然后在自成一派的道路上渐行渐远,到了没有任何希望重新整合回去的地步。所以,不管什么时候给其它单位加了一个新功能,都得再给航母重新写一遍。什么时候给其它单位修了一个bug,航母的代码里也会发现类似的bug,而且只会更隐蔽、更难处理。

不过,导致星际争霸跳票的最大原因是单位寻路。

并不是说寻路功能彻底是坏的。大部分情况下它工作得相当不错,但「极端情况」(*译注4)却多到让游戏没法发售。

游戏中的单位会卡住,在战场上傻站着不动。他们经常拼命地想要寻找路线,一步一挪、原地打转,就是不往正确的地方走,有时候还会挤在一起无法动弹。整个大军陷入停滞,就像晚高峰的国贸桥。(*译注5)

这个问题不光是让玩家不爽,同时还让AI变得更弱智,进而数值平衡也做不下去、浪费设计工时。

尽管我从来算不上是RTS高端玩家,在游戏发售前我还是玩得挺厉害的,因为我发现人族的机器人()被做得太强了。初衷是为了弥补它们寻路时的弱智,机器人比其它的地面单位体型大,所以寻路时需要更宽阔的空间。而通过微操仔细控制走位,我就能高效利用机器人逆天的火力来干掉不会微操的对手,打赢本来互相平推赢不了的仗。可惜我这招好景不长,机器人被重新平衡以后就不管用了。哎。

早期的寻路功能非常粗糙——虽然算法是精心挑选出来的,但效果却大打折扣,这都是因为项目中的一些错误决策。

我们是怎么陷入困境的?

之前的一篇博客中(*译注6)我提到过寻路是个麻烦事。星际争霸是基于魔兽争霸引擎制作的,引擎绘制地图时针对这样的方式优化:使用32×32像素的方形图块,每个图块又由16个8×8像素的小方格组成。我之所以把魔兽争霸设计成这种结构,是源于之前做SFC和MD游戏的经验。这些主机硬件支持8×8图块的绘制,在PC上这也很方便模拟。(*译注7)

由于魔兽争霸1和2的镜头视角基本是从正上方鸟瞰俯视,地图上各种物体(森林、地形、建筑)的边缘都是横平竖直的,所以图像引擎用方形图块来表现世界有助于简化寻路逻辑。在这两个游戏中,每个32×32的图块要么能通行,要么不能通行。下面这张图中,我用绿框圈出了一些图块。有些图块看起来能通行但实际上不能,你可以看看那个兵营,美工画的房子并没有填满整个96×96的占地,结果左下和右下两块看着好像能走、其实是过不去的(红框)。

魔兽争霸2的寻路地图使用32×32图块

但是星际争霸开发到一半的时候,团队把游戏画面改成了等角投影风格(*译注8),使它看起来更高大上(详见之前的博文)。而实际上底层的地形引擎并没有重写成等角投影的菱形格子,只有贴图变了。

新的镜头视角看着很爽,但是为了保证寻路功能正确运行,寻路地图的分辨率必须增加:现在每个8×8的小方格都独立标记能否通行,寻路地图的尺寸一下变成了之前的16倍。更好的分辨率虽然让地图能够挤下更多单位,却同时也意味着寻路时的计算量大幅增加。

寻路问题变得更复杂,因为斜着画的边缘把正方形的格子给切得乱七八糟的,难以确定这些小格子到底能不能走。为了正确标记所有小格,需要进行大量的工作。而且地图编辑器也相当难写,因为要考虑把斜着的形状叠在正着的图块上时造成的大量极端情况。写这些专门「搞定图块」的代码花了几个月。

尽管各种毛病层出不穷,每周都能发现新问题,星际争霸开发团队却坚持使用旧引擎,不像暗黑破坏神那样用原装的等角投影渲染引擎。

下图展示了这个桥是怎么用8×8的格子做出来的,我用绿框标出了一些格子。如红线所示,在近似于等角投影的视角下,贴图斜着把这些格子切成了不规则的形状,搞得桥的两边都是锯齿型的边缘。

星际争霸的寻路地图使用8×8的小方格。

因为项目永远还有两个月就要完工,重写整个地形引擎、使寻路算法简单化肯定是「来不及」了(*译注9),所以只能生写寻路代码。为了处理各种奇葩的极端情况,用于寻路的代码量暴涨,变成了一个巨型状态机,包括各种特殊的「让我出去」的hack算法。

堵车时间

如果说寻路算法当中存在一个最主要的大问题,那就是农民单位(SCV、Drone、Probe)在采矿或者采气的时候会堵车,它们会互相挤成一团、动弹不得。当玩家忙着控制前线部队打仗、或是开分基地的时候,老家的农民却自己堵在路上,切断了经济收入。然后玩家一抬头,发现兵营里造兵的大长队早就因为缺钱而停工了。

资源采集的基本问题在于玩家肯定想造满农民,一刻不停地采每一块矿,多多益善。这些农民们在矿点和基地之间来来往往,所以它们经常会和对面过来的农民撞个满怀。当一小块地方挤了好多农民以后,完全有可能发生其中一些卡在中间动不了的情况,直到矿点被采秃为止。

我们怎么脱离困境?

我现在已经记不清当时是自愿的还是被请过来处理这个问题的了。上下看完整个寻路代码以后,我意识到以我的智商不可能「解决这个问题」。所以我用了一个操蛋的hack来跳过它。

面对问题时,程序员们可能会纠结于寻找一个最为纯粹、抽象、简洁、高雅的解决方案,但是项目中有时也需要一些牺牲。如果处理得足够好,没有人会发现背后那些邪恶的妥协,例如 在『Dirty 』一文中写的东西。

我的办法很简单:当农民在去采矿的路上,或是抱着矿运回家的路上,它们忽略与其它单位的碰撞。取消了农民的碰撞代码,它们再也不会堵在一起了,然后大家就可以愉快高效地采矿。

玩家是可以发现这个特殊处理的。如果圈选一大群正在采矿的农民,然后按H让它们停止,它们会立刻散开、找一个没有被其它农民占领的位置。

当你仔细观察时这个处理很明显,但乍一看上去却隐藏得很自然——它并不会引起普通玩家的特别注意,虽然专业级玩家和做地图的可能会发现。

简而言之,这招就是管用,这就是最好的一种hack。

虽然还有很多其它工作要做,但这个hack让我们可以不用花时间进行大幅重写。其它的寻路问题都是开发团队可以解决或者忽略的。不过神族的龙骑兵()后来还是饱受吐槽,作为体型最大的地面单位,这玩意经常找不到路。

最后的结果是,寻路效果还不错,并且我们都学到了沉重的一课,不要把一厢情愿的期望当日程管理工具。

—————正文完—————

另,Pat在评论区介绍了一下寻路算法的实现:

寻路算法是Brian (所以他在这个话题有更高的发言权),基本套路是这样的:

读图的时候,把地图分成若干个相对较小的区域(平均每个区域大概10×10个32×32的图块大),这些区域互相挨着,而且内部没有大个的障碍物。区域内部的寻路可以用A*搞定,撞到障碍的几率很小。

读图的时候,创建一个更高层的地图用来储存区域间的邻接关系。区域是不规则形状的,所以这个高层地图相当于一个节点图,而不是图块地图。

区域间的寻路,在高层地图上用A*实现。这样就不需要计算每一个8×8的小方块,不然太耗时间了。

当单位移动时,对它们占领的小方块进行标记,然后用一大堆特殊逻辑,包括各种极端情况、单位行为、敌军vs友军,来遍历这些被占的小方块。如过我没记错的话,这些特殊逻辑还包括一个状态机,大概有40个不同状态。

飞行单位的寻路行为有另一套算法,这个是显然的。我打算写另一篇文章,聊聊飞行单位使用的另一个hack(*注:这篇文章坑了)。

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