什麼才是好的關卡設計？使用空間度量法設計戰術性關卡

作者：盧克·麥克米蘭（Luke McMillan）

什麼才是好的關卡設計？身為一名博士和教育家，麥克米蘭（McMillan）與育碧（Ubisoft）合作建立了遊戲設計課程，研究了視角如何影響玩家，並展示了各種遊戲場景，這些場景表明了玩家將可能面臨的不同戰術選擇。

有多種方法可以理解釋，遊戲中3D空間的感知是如何改變玩家的情緒狀態。

關卡設計中使用的一種方法是建築透射法-玩家與他們在任何給定時間所佔據的空間之間的關係。這種方法的許多實現都沒有去考慮其中涉及到的玩家，其他的動因和環境所帶來的動態關係。

本文著眼於3D空間中的動態關係，以瞭解如何將動態物件與關卡幾何結構一起運用，以調整遊戲難度和玩家的情緒狀態。為了實現這一目標，本文將採用新穎的方法來評估現代3D(第一/第三人稱)FPS遊戲中玩家的戰術。

目標：

• 透過更好地去了解使3D FPS關卡中，或多或少變得困難的原因，從而瞭解如何在遊戲中調整虛擬空間的難易度。
• 看看如何使用多種不同的方法來實現難度的提升。
  

空間的度量(The Metrics of Space)

為了對3D遊戲空間的設計採取合理的方法，我們需要確定一些指標。改變難度的主要指標是玩家的視線。玩家的視線範圍越大，他們就越有能力提前計劃並從戰略角度去思考遊戲中世界。

更大的視線範圍將提供更多戰術選擇，玩家將有更多的計劃時間和更強的對當前態勢感知的能力。另一方面，降低玩家的視線將使玩家處於不利地位，因為他們將有更少態勢感知和更少的時間來處理某些問題。

我必須指出，這種觀察主要與FPS這樣的遊戲型別有關。如果我們用更寬泛的措詞來表述，我們可以透過引用玩家的“態勢感知”得出同樣的結論。但是，由於本文以關卡設計為中心，因此我們將剖析這種視線的概念。

我們可以使用兩個關鍵原理來測量視線：由幾何視場（GFOV-Geometric Field Of View）建立的角度以及圖形解析度的保真度，這將告訴我們玩家可以準確看到的距離。（圖1）


幾何視場和顯示視場(Geometric Field of View&Display Field of View)

在處理3D空間的渲染時，我們主要關注幾何視場（圖2）。GFOV是最常被討論的視場度量型別，因為該視場是玩家鏡頭的視場。寬度被用來表示為測量視錐水平跨度的角度。遠裁剪平面(far clipping plane)是遊戲引擎停止渲染的位置。我們有時聽到這被稱為“畫面距離/繪製距離”(draw distance)。複雜的渲染系統將在“角分”(arc minutes)內來表示視覺敏銳度這一元素。


相對而言，較少被討論的則是顯示視場或DFOV（圖3）的概念。這是由玩家與玩遊戲時正在使用的顯示器的距離和他們的顯示器的尺寸所決定的視場。有趣的是，DFOV在3D空間的導航和後續的難度中扮演著極其重要的角色，但也僅適用於女性玩家。

Tan，Czerwinski和Robertson（2006）進行的研究表明，當DFOV和GFOV角度為1：1的關係時，女性玩家的收益最大。值得關注的是，當這種關係發生改變時，男性玩家在3D空間導航上所受到的影響似乎要小得多，即使是顯著地改變。


入口和遮擋物以及視線(Portals&Occluders,and Line of Sight）

入口(Portals)是能夠提供超乎尋常視線的遊戲設施。我們可以將圍繞工廠關卡上層的龍門架視為一種入口，因為玩家可以擁有敞開的空間去計劃檢視其下方的樓層（圖4）。這就是為什麼我們經常會看到玩家在戰術預測上選擇佔據“制高點”的原因，因為與玩家停留在地圖的較低區域相比，提升高度可以使玩家獲得更大的態勢感知。窗戶和門口也構成遊戲關卡中的入口。


遊戲物件中的任何一種型別的武器，允許玩家對其虛擬世界的視線進行更大控制的，都非常強大。結果導致，像狙擊步槍這樣具有強大的視線能力的武器，會具有極大的威力。但是，這些強大的能力通常會以某種方式受到損害。狙擊步槍雖然能給玩家更大的視線，但它總是會降低玩家的GFOV（圖5）。或者像《虛幻競技場》中使用的自動導航火箭那樣，玩家在使用時容易受到攻擊。


遮擋物/遮擋裝置(Occluders)還可以修改圖形的準確性，並隨後限制外圍的視野或者是玩家的視線距離。《毀滅戰士3》中使用的手電筒是完成這兩種功能的遮擋裝置的最佳示例之一（圖6）。


從空間的角度來看，手電筒的運用也很有趣，因為它使狹隘擁擠的空間看起來像是人為地變大了，並鼓勵玩家探索房間或關卡的某些部分，如果完全照明的話，玩家不會這樣做。從表面上看，《毀滅戰士3》的關卡與該系列的早期遊戲相比具有非常線性的設計。但是，玩家會在較小的空間中停留更長的時間，因為使用遮擋意味著他們需要花費更多的時間來獲得每個房間的態勢感知。

《寂靜嶺2》（圖7）中使用的“噪波”(Noise)效果也是另一種遮擋裝置，用於減少玩家的視線，並隨後使他們更加謹慎。同樣重要的是要注意，這樣的效果通常起著重要的技術作用，因為它們減小了大型開闊環境中所需的繪製距離，同時也給人一種環境比看起來大的幻覺。我們經常看到模擬的天氣影響，例如降雨，霧氣和模擬的雪用於達成類似的目標。


在遊戲的環境中，關卡設計師可以使用入口(Portals)和遮擋物(Occluders)的原理來調整遊戲虛擬空間的難度。圖8展示了是否使用閉合式設計通道的難度差異。在左邊的示例中，玩家可以從牆壁上看到，從而大大提高了態勢感知能力。這意味著在與任何敵人交戰時，他們將位於“前面”。


在右側的示例中，遮擋用於限制玩家的態勢感知。這樣，玩家在探索新的空間時會感到焦慮，因為他們需要快速熟悉空間的佈局，以便他們可以策略性地計劃許多可能性。儘管這些機制有許多心理學上的結果，但在本文的上下文中，我們主要討論遮擋物和入口，這是使用3D空間進行難度提升的功能。

次要指標：移動能力和移動的可能性

在處理3D空間的合理設計時，設計人員需要意識到應如何控制其空間佈局，促使3D空間中的移動或多或少變得困難。


例如關卡幾何結構形狀的大小變化，應該能夠讓玩家以可以觀察到其環境中對比的方式去使用。

對空間的運用進行分析，則需要新增主要的度量標準，視線。

即使較大的空間可能會為玩家提供更多的機會，但有限的視線將覆蓋該空間帶來的任何優勢，這類似於《毀滅戰士3》中的手電筒。（圖9）

或者說，當玩家的視錐與虛擬空間相比足夠大時，他們將獲得最大的局勢控制權（圖10）。思索這兩個元素的組合的一種簡單方法是，透過玩家的視錐來過濾遊戲空間的大小。因此，就難度度量的層次結構而言，虛擬世界將永遠是次要的，因為世界最終會透過攝像頭(Camera)系統傳達給玩家。


接近向量(Approach vectors)

虛擬空間是玩家在移動可能性和伏擊可能性之間的權衡。理解這種權衡和折衷的最簡單的方法是考慮視線，虛擬空間和敵方接近向量之間的關係。

有三種方法可以理解接近向量如何影響遊戲的難度。接近向量的難度取決於敵人是否佔據了玩家現有的視錐，是否必須移動視錐，或者是否必須移動視錐並改變所處的位置以進行交戰。

• 最簡單的接近向量：在目前的視錐裡玩家可以直接看到，而無需調整他們自身的位置或視線。（圖11）
  

• 中等的接近向量是促使玩家必須改變其3D世界中的觀察位置（但不一定是玩家自身位置）的向量。（圖12）
  

• 最困難的一種：任何需要玩家從當前位置最大限度地改變視角的接近向量。
  

當敵人的接近向量要求玩家改變他們的視錐和自身位置時，我們正在為玩家創造犯錯的可能性。增加犯錯的可能性是增加我們難度的原因。但是，為了進一步瞭解該指標，我們需要更多地去了解玩家心理。

玩家心理：糾正週期

人類是優秀的“猜測者”。我們傾向於透過不斷猜測，觀察和糾正來迭代地猜測出解決問題的方式。想象一下，你正在伸手去喝杯咖啡。你將會移動你的手，觀察其新的位置，然後更新與目標相遇所需的移動量。這將在每秒內發生很多次，直到你達到目標為止（圖14）（這類似於Steve Swink在Game Feel中的“美味蛋糕”的示例）。


基本上，如果我們期望玩家去改變他們所處的位置或視線越多，那麼我們需要迫使他們進行的糾正週期就越多。糾正週期的數量越少，玩家越容易鎖定自己的目標。

圖14是我們在靜態目標上鎖定時猜測過程的示例。大的紅色三角形代表在任何猜測階段的誤差幅度；三角形越大，該猜測步驟中的錯誤空間就越大。

當我們透過移動，觀察和糾正（更新）鎖定目標時，我們逐漸減小了誤差範圍。但是，如果目標物件持續移動，則可能性就不會以線性方式減少，如圖14所示。

再舉一個例子，我們假設玩家正在執行相同的移動，觀察，糾正（更新）靜態物件的過程--假設他們正試圖不斷地調整十字準心，以使其結束（擊中）目標。他們將逐漸移動十字準心，直到透過這一改善過程令誤差範圍越來越小為止。

現在，想象一下目標突然對玩家做出反應，並試圖透過逃離掃射來躲避玩家的射擊（圖15）。玩家現在將需要顯著地更新他們的猜測過程，這將帶來更多的可能性，並因此可能會帶來更大的誤差，直到他們最終再次鎖定敵人。


規避向量(Evasion Vectors)

儘管開闊空間為玩家提供了被敵人從更多的接近向量包圍或接近的可能性，但更多的開闊空間也為玩家提供了規避操作的機會。

在圖16中，玩傢俱有優勢，因為躲避向量比敵方的接近向量更多。在上一篇文章中，我討論了壓縮和漏斗的概念，我將這些向量稱為“擴張向量”（expansion vectors），這一元素在玩家身上可以緩解由於敵人侵襲時壓縮所帶來的壓力。


在大多數情況下，第一人稱視角遊戲的玩家會選擇首先調整他們自身的位置，以便保持儘可能多的敵人在當前視角中-觀看一些人玩《英雄薩姆》時，他們通常會喜歡後退以避開敵人，這樣他們就可以保持自己的視角。在大多數情況下，玩家畫面動態的變化會優先於視錐的過度變化，也就是玩家會選擇先後退，而對觀察位置的改變則較少。（圖17）


在戰術預測中，在敵人的周圍掃射將始終是有利的，因為敵人需要更多的糾正週期來攻擊一個已經發動攻擊的目標，而不僅僅是準心簡單地朝著目標進行移動。你可以根據遊戲中十字準心的移動來考慮這一點。如果玩家在遠離敵人的情況下選擇退縮，儘管他們正在逐漸成為較小的目標，但調整十字準心所需的正確的迴圈次數卻要少得多。（圖18）注：所以這也驗證了選擇發動突襲大膽地近身剛和選擇撤退被人當靶點之間的區別。


當敵人移動的方式導致玩家頻繁地更新他們的視角時，由於要引入到預測中的誤差範圍，預測將變得更加困難。（圖19）


關卡幾何結構和玩家戰術(Level Geometry and Player Tactics)

現在我們已經瞭解了基本的指標和玩家的心理，可以從難度和情感的角度來研究關卡的幾何結構是如何開始改變這些關係。

圖20簡單地描述了關卡的幾何結構是如何透過影響視錐而改變玩家的情緒狀態和策略。圖20的第1張代表玩家視錐的人工表示，而第2幀顯示了被遮擋後的實際視錐。


透過在圖20中使用的示例中引入敵人，我們可以開始評估關卡幾何結構如何修改視線，視角和規避/接近向量。圖21是玩家沿著狹窄的走廊向前進入開闊空間的示例。


由於鏡頭錐體已經被關卡中的幾何體遮擋，因此玩家沒有意識到前方在巡邏的敵人。在這個例子中，玩家是最弱勢的。關卡中的幾何體正在減少其可能的規避向量。透過消除了玩家先發動掃射的可能性，敵人的優勢在於只需要更少的糾正週期就能夠瞄準玩家。

在此示例中，玩家需要衝入未知的空間才能與敵人交戰。他們對此將會猶豫不決，為了順利地進入其中，這需要改變GFOV和自身的位置。除此之外，由於房間被遮擋，他們在這種環境中將不會有態勢感知-他們甚至可能認為自己正在進入另一個狹窄的走廊。

然而，也會有好處。有限的空間有時會對玩家有利，因為它減少了敵人可以用來對付它們的接近向量的數量。但是，稍作權衡一下，總是會減少可能的運動方向，因此評估這種特殊情況需要更多瞭解敵人的行為。


如果我們根據敵人的位置改變玩家的位置，那麼我們將遇到一種截然不同的遭遇-將會是一種有利於玩家的遭遇戰，如上圖的情景，玩家可以調整自身的位置以使敵人無法發現自己，玩家將擁有態勢感知，佔據主動權（圖22）。這是我之前討論過的壓縮和漏斗概念的另一個擴充套件。

類似於圖22中所示的走廊是阻塞點(“扼制點”)，它們會導致玩家受到壓縮--當被壓縮後，玩家會感到極度焦慮，並快速移動以脫離這種環境，尤其是在死亡競賽型別的遊戲比賽中，人類玩家會充分的利用這些阻塞點。


圖23演示了我們如何透過引入特定的關卡幾何結構來調整玩家的戰術能力和隨後的情緒狀態。在圖23的第一張圖中，玩家透過該圖正在向前移動，並且有兩個敵人從對角線的向量朝向接近玩家，位於玩家的視線之外。這個例子類似於圖21。但是，當玩家透過改變視錐（和/或自身位置）來與敵人交戰時，他們會將自己重新定位到一個角落，從而破壞了他們為規避機動而擁有的可用空間。（圖24）


強迫敵人透過阻塞點對玩家來說將總是有利的。圖25修改了圖24中所示的方案，以此將戰術上的優勢轉向玩家。圖25的第2張從戰略角度上演示了掩體(遮擋物)如何對玩家有利。在該示例中，玩家有兩個要注意的接近向量。由於只有一個敵人，因此玩家可以使用兩個接近向量中的任何一個作為規避向量，以在需要時將敵人逼到另一個阻塞點。注：(躲貓貓)


圖25可以進一步的對關卡幾何結構進行修改，以增加其他的阻塞點（圖26）。但是，這樣的將開始對玩家不利，因為對玩家來說有太多可能的接近向量。我們可以從“封閉空間”的角度來考慮這種情況-玩家用作檢查清單的一種策略，以確保他們在進入下一個遊戲空間之前系統地封閉可能的伏擊向量。


在圖27中，我們得到的阻塞點的數量與圖26中相同。但是，玩家可以系統地關閉其中的每一個。在圖26中，玩家需要一次性管理三個不同的潛在的接近向量，而在圖27的線性空間中，玩家每次只需要管理兩個即可。除此之外，玩家可以逐步關閉這些空間以進一步減少接近向量的數量。


如圖27所示，當玩家在環境中移動時，他們開始封閉空間，防止可能的伏擊（至少在正常情況下）。諸如“死亡空間”之類的遊戲故意打破了這一規則，以使玩家始終處於焦慮狀態：


多人遊戲地圖也是該規則的明顯例外。圖29是死亡競賽型別的空間的示例，該空間有意的防止玩家去關閉空間。這種型別的空間設計的目的是嚴格的非線性流程，並且要儘可能多地的進行對抗。


高度元素(Height Elements)

正如平面物件會影響空間的度量一樣，高度元素也會如此。在本文的前面，我們考慮瞭如何將龍門架用作高階型別的遮擋物，使玩家能夠在具有更強的態勢感知能力時獲得優勢。

同樣重要的是，再一次的證明了視線在確定難度的指標方面，是如何的優先於虛擬空間。

儘管玩家的規避向量有限，但如圖30所示的龍門架卻可以在玩家瞄準較低樓層的敵人時賦予其掃射的能力。這兩個元素的組合在這種情況下為玩家提供了最有利的位置。


為了進一步地說明這一點，讓我們考慮玩家處於相反的位置。靠近龍門架時，玩家將對其上方位置有明顯的遮擋。除此之外，他們消除此遮擋的唯一方法是進行後退。如前面的示例所示，如果玩家試圖選擇後退離開龍門架，則任何試圖瞄準他們的敵人只需要較少的糾正週期來獲得準確的命中率。


為了再進一步地證明這一點，讓我們考慮玩家處於相反的位置（圖31）。靠近龍門架時，玩家對其上方位置會被明顯的遮擋。除此之外，他們唯一的辦法就是將這種阻塞消除。如前面的示例所示，如果玩家後退離開龍門架，則任何試圖瞄準龍門的敵人都將需要較少的糾正週期來獲得準確的命中率。


在這種情況下，玩家會冒險進行後退的動作，來攻擊一個比他們高的潛在敵人（圖32）。儘管最終結果意味著佔領龍門架的敵人將被束縛在視錐中，但玩家也正在使自己成為更容易的目標。理想情況下，高階玩家將開始學習，在這種情況下進行的任何後退，都應該伴隨著大量隨機的隨機掃射動作。


這種情況下最困難的迭代可以在圖33中看到。如果我們取消了玩家的掃射能力，並且在玩家的路徑上新增了一個懸垂突出的壁架，那麼這將是該空間最困難的迭代。玩家的視線減少和降低了，因此他們獲得的態勢感知和計劃其行動以及可能的替代方案的能力降低。除此之外，玩家的躲閃選擇權已經以最壞的方式被破壞了-他們只能進行後退，而不是更有效的掃射式動作。


如果我們發現圖33中給出的示例對玩家來說太困難了，我們可以使用合理的方法開始修改關卡的幾何結構，以這種方式逐漸降低難度。例如，圖34使走廊的高度高得多，以便遊戲者可以看到它們前面有一個龍門架。然後，這至少會讓他們知道所存在的接近向量的潛在危險，然後他們可以在靠近時調整視錐來適應環境的這一部分，而不是被迫新增多個校正週期給玩家。

結論

術語“結論”具有誤導性；就理解空間對遊戲難度和玩家心理的影響而言，這裡展示的只是冰山一角。理解虛擬空間的下一步是考慮在遊戲幾何結構中，我們具有許多吸引力和排斥力。之前，我在另一篇文章中討論了這一理論的組成部分，其中涉及壓縮和漏斗的概念，並且在本文中一直暗示了它的好處。

理解動態關係是下一個難題。我們需要瞭解迫使玩家移動並與關卡中的幾何體互動的動力。不過，到目前為止，這種合理的3D FPS遊戲難度提升方法可以輕鬆地應用於你自己的設計概念。如果空間設計充分的考慮了玩家的態勢感知能力，那麼我們就可以開始運用其他的設計工具，如傑西謝爾的利益曲線，進一步地提高我們的設計。

參考文獻


Tan,D.S.,Czerwinski,M.P.,Robertson,G.G.(2006).Large Displays Enhance Optical Flow Cues and Narrow the Gender Gap in 3-D Virtual Navigation.Human Factors:The Journal of the Human Factors and Ergonomics SocietySummer 2006 vol.48 no.2 318-333

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作者：Katana編譯
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