什么才是好的关卡设计？使用空间度量法设计战术性关卡

作者：卢克·麦克米兰（Luke McMillan） 2019-12-03

作者：卢克·麦克米兰（Luke McMillan）

什么才是好的关卡设计？身为一名博士和教育家，麦克米兰（McMillan）与育碧（Ubisoft）合作创建了游戏设计课程，研究了视角如何影响玩家，并展示了各种游戏场景，这些场景表明了玩家将可能面临的不同战术选择。

有多种方法可以理解释，游戏中3D空间的感知是如何改变玩家的情绪状态。

关卡设计中使用的一种方法是建筑透射法-玩家与他们在任何给定时间所占据的空间之间的关系。这种方法的许多实现都没有去考虑其中涉及到的玩家，其他的动因和环境所带来的动态关系。

本文着眼于3D空间中的动态关系，以了解如何将动态对象与关卡几何结构一起运用，以调整游戏难度和玩家的情绪状态。为了实现这一目标，本文将采用新颖的方法来评估现代3D(第一/第三人称)FPS游戏中玩家的战术。

目标：

• 通过更好地去了解使3D FPS关卡中，或多或少变得困难的原因，从而了解如何在游戏中调整虚拟空间的难易度。
• 看看如何使用多种不同的方法来实现难度的提升。
  

空间的度量(The Metrics of Space)

为了对3D游戏空间的设计采取合理的方法，我们需要确定一些指标。改变难度的主要指标是玩家的视线。玩家的视线范围越大，他们就越有能力提前计划并从战略角度去思考游戏中世界。

更大的视线范围将提供更多战术选择，玩家将有更多的计划时间和更强的对当前态势感知的能力。另一方面，降低玩家的视线将使玩家处于不利地位，因为他们将有更少态势感知和更少的时间来处理某些问题。

我必须指出，这种观察主要与FPS这样的游戏类型有关。如果我们用更宽泛的措词来表述，我们可以通过引用玩家的“态势感知”得出同样的结论。但是，由于本文以关卡设计为中心，因此我们将剖析这种视线的概念。

我们可以使用两个关键原理来测量视线：由几何视场（GFOV-Geometric Field Of View）创建的角度以及图形分辨率的保真度，这将告诉我们玩家可以准确看到的距离。（图1）


几何视场和显示视场(Geometric Field of View&Display Field of View)

在处理3D空间的渲染时，我们主要关注几何视场（图2）。GFOV是最常被讨论的视场度量类型，因为该视场是玩家镜头的视场。宽度被用来表示为测量视锥水平跨度的角度。远裁剪平面(far clipping plane)是游戏引擎停止渲染的位置。我们有时听到这被称为“画面距离/绘制距离”(draw distance)。复杂的渲染系统将在“角分”(arc minutes)内来表示视觉敏锐度这一元素。


相对而言，较少被讨论的则是显示视场或DFOV（图3）的概念。这是由玩家与玩游戏时正在使用的显示器的距离和他们的显示器的尺寸所决定的视场。有趣的是，DFOV在3D空间的导航和后续的难度中扮演着极其重要的角色，但也仅适用于女性玩家。

Tan，Czerwinski和Robertson（2006）进行的研究表明，当DFOV和GFOV角度为1：1的关系时，女性玩家的收益最大。值得关注的是，当这种关系发生改变时，男性玩家在3D空间导航上所受到的影响似乎要小得多，即使是显着地改变。


入口和遮挡物以及视线(Portals&Occluders,and Line of Sight）

入口(Portals)是能够提供超乎寻常视线的游戏设施。我们可以将围绕工厂关卡上层的龙门架视为一种入口，因为玩家可以拥有敞开的空间去计划查看其下方的楼层（图4）。这就是为什么我们经常会看到玩家在战术预测上选择占据“制高点”的原因，因为与玩家停留在地图的较低区域相比，提升高度可以使玩家获得更大的态势感知。窗户和门口也构成游戏关卡中的入口。


游戏对象中的任何一种类型的武器，允许玩家对其虚拟世界的视线进行更大控制的，都非常强大。结果导致，像狙击步枪这样具有强大的视线能力的武器，会具有极大的威力。但是，这些强大的能力通常会以某种方式受到损害。狙击步枪虽然能给玩家更大的视线，但它总是会降低玩家的GFOV（图5）。或者像《虚幻竞技场》中使用的自动导航火箭那样，玩家在使用时容易受到攻击。


遮挡物/遮挡装置(Occluders)还可以修改图形的准确性，并随后限制外围的视野或者是玩家的视线距离。《毁灭战士3》中使用的手电筒是完成这两种功能的遮挡装置的最佳示例之一（图6）。


从空间的角度来看，手电筒的运用也很有趣，因为它使狭隘拥挤的空间看起来像是人为地变大了，并鼓励玩家探索房间或关卡的某些部分，如果完全照明的话，玩家不会这样做。从表面上看，《毁灭战士3》的关卡与该系列的早期游戏相比具有非常线性的设计。但是，玩家会在较小的空间中停留更长的时间，因为使用遮挡意味着他们需要花费更多的时间来获得每个房间的态势感知。

《寂静岭2》（图7）中使用的“噪波”(Noise)效果也是另一种遮挡装置，用于减少玩家的视线，并随后使他们更加谨慎。同样重要的是要注意，这样的效果通常起着重要的技术作用，因为它们减小了大型开阔环境中所需的绘制距离，同时也给人一种环境比看起来大的幻觉。我们经常看到模拟的天气影响，例如降雨，雾气和模拟的雪用于达成类似的目标。


在游戏的环境中，关卡设计师可以使用入口(Portals)和遮挡物(Occluders)的原理来调整游戏虚拟空间的难度。图8展示了是否使用闭合式设计通道的难度差异。在左边的示例中，玩家可以从墙壁上看到，从而大大提高了态势感知能力。这意味着在与任何敌人交战时，他们将位于“前面”。


在右侧的示例中，遮挡用于限制玩家的态势感知。这样，玩家在探索新的空间时会感到焦虑，因为他们需要快速熟悉空间的布局，以便他们可以策略性地计划许多可能性。尽管这些机制有许多心理学上的结果，但在本文的上下文中，我们主要讨论遮挡物和入口，这是使用3D空间进行难度提升的功能。

次要指标：移动能力和移动的可能性

在处理3D空间的合理设计时，设计人员需要意识到应如何控制其空间布局，促使3D空间中的移动或多或少变得困难。


例如关卡几何结构形状的大小变化，应该能够让玩家以可以观察到其环境中对比的方式去使用。

对空间的运用进行分析，则需要添加主要的度量标准，视线。

即使较大的空间可能会为玩家提供更多的机会，但有限的视线将覆盖该空间带来的任何优势，这类似于《毁灭战士3》中的手电筒。（图9）

或者说，当玩家的视锥与虚拟空间相比足够大时，他们将获得最大的局势控制权（图10）。思索这两个元素的组合的一种简单方法是，通过玩家的视锥来过滤游戏空间的大小。因此，就难度度量的层次结构而言，虚拟世界将永远是次要的，因为世界最终会通过摄像头(Camera)系统传达给玩家。


接近矢量(Approach vectors)

虚拟空间是玩家在移动可能性和伏击可能性之间的权衡。理解这种权衡和折衷的最简单的方法是考虑视线，虚拟空间和敌方接近矢量之间的关系。

有三种方法可以理解接近矢量如何影响游戏的难度。接近矢量的难度取决于敌人是否占据了玩家现有的视锥，是否必须移动视锥，或者是否必须移动视锥并改变所处的位置以进行交战。

• 最简单的接近矢量：在目前的视锥里玩家可以直接看到，而无需调整他们自身的位置或视线。（图11）
  

• 中等的接近矢量是促使玩家必须改变其3D世界中的观察位置（但不一定是玩家自身位置）的矢量。（图12）
  

• 最困难的一种：任何需要玩家从当前位置最大限度地改变视角的接近矢量。
  

当敌人的接近矢量要求玩家改变他们的视锥和自身位置时，我们正在为玩家创造犯错的可能性。增加犯错的可能性是增加我们难度的原因。但是，为了进一步了解该指标，我们需要更多地去了解玩家心理。

玩家心理：纠正周期

人类是优秀的“猜测者”。我们倾向于通过不断猜测，观察和纠正来迭代地猜测出解决问题的方式。想象一下，你正在伸手去喝杯咖啡。你将会移动你的手，观察其新的位置，然后更新与目标相遇所需的移动量。这将在每秒内发生很多次，直到你达到目标为止（图14）（这类似于Steve Swink在Game Feel中的“美味蛋糕”的示例）。


基本上，如果我们期望玩家去改变他们所处的位置或视线越多，那么我们需要迫使他们进行的纠正周期就越多。纠正周期的数量越少，玩家越容易锁定自己的目标。

图14是我们在静态目标上锁定时猜测过程的示例。大的红色三角形代表在任何猜测阶段的误差幅度；三角形越大，该猜测步骤中的错误空间就越大。

当我们通过移动，观察和纠正（更新）锁定目标时，我们逐渐减小了误差范围。但是，如果目标对象持续移动，则可能性就不会以线性方式减少，如图14所示。

再举一个例子，我们假设玩家正在执行相同的移动，观察，纠正（更新）静态对象的过程--假设他们正试图不断地调整十字准心，以使其结束（击中）目标。他们将逐渐移动十字准心，直到通过这一改善过程令误差范围越来越小为止。

现在，想象一下目标突然对玩家做出反应，并试图通过逃离扫射来躲避玩家的射击（图15）。玩家现在将需要显着地更新他们的猜测过程，这将带来更多的可能性，并因此可能会带来更大的误差，直到他们最终再次锁定敌人。


规避矢量(Evasion Vectors)

尽管开阔空间为玩家提供了被敌人从更多的接近矢量包围或接近的可能性，但更多的开阔空间也为玩家提供了规避操作的机会。

在图16中，玩家具有优势，因为躲避矢量比敌方的接近矢量更多。在上一篇文章中，我讨论了压缩和漏斗的概念，我将这些矢量称为“扩张矢量”（expansion vectors），这一元素在玩家身上可以缓解由于敌人侵袭时压缩所带来的压力。


在大多数情况下，第一人称视角游戏的玩家会选择首先调整他们自身的位置，以便保持尽可能多的敌人在当前视角中-观看一些人玩《英雄萨姆》时，他们通常会喜欢后退以避开敌人，这样他们就可以保持自己的视角。在大多数情况下，玩家画面动态的变化会优先于视锥的过度变化，也就是玩家会选择先后退，而对观察位置的改变则较少。（图17）


在战术预测中，在敌人的周围扫射将始终是有利的，因为敌人需要更多的纠正周期来攻击一个已经发动攻击的目标，而不仅仅是准心简单地朝着目标进行移动。你可以根据游戏中十字准心的移动来考虑这一点。如果玩家在远离敌人的情况下选择退缩，尽管他们正在逐渐成为较小的目标，但调整十字准心所需的正确的循环次数却要少得多。（图18）注：所以这也验证了选择发动突袭大胆地近身刚和选择撤退被人当靶点之间的区别。


当敌人移动的方式导致玩家频繁地更新他们的视角时，由于要引入到预测中的误差范围，预测将变得更加困难。（图19）


关卡几何结构和玩家战术(Level Geometry and Player Tactics)

现在我们已经了解了基本的指标和玩家的心理，可以从难度和情感的角度来研究关卡的几何结构是如何开始改变这些关系。

图20简单地描述了关卡的几何结构是如何通过影响视锥而改变玩家的情绪状态和策略。图20的第1张代表玩家视锥的人工表示，而第2帧显示了被遮挡后的实际视锥。


通过在图20中使用的示例中引入敌人，我们可以开始评估关卡几何结构如何修改视线，视角和规避/接近矢量。图21是玩家沿着狭窄的走廊向前进入开阔空间的示例。


由于镜头锥体已经被关卡中的几何体遮挡，因此玩家没有意识到前方在巡逻的敌人。在这个例子中，玩家是最弱势的。关卡中的几何体正在减少其可能的规避矢量。通过消除了玩家先发动扫射的可能性，敌人的优势在于只需要更少的纠正周期就能够瞄准玩家。

在此示例中，玩家需要冲入未知的空间才能与敌人交战。他们对此将会犹豫不决，为了顺利地进入其中，这需要改变GFOV和自身的位置。除此之外，由于房间被遮挡，他们在这种环境中将不会有态势感知-他们甚至可能认为自己正在进入另一个狭窄的走廊。

然而，也会有好处。有限的空间有时会对玩家有利，因为它减少了敌人可以用来对付它们的接近矢量的数量。但是，稍作权衡一下，总是会减少可能的运动方向，因此评估这种特殊情况需要更多了解敌人的行为。


如果我们根据敌人的位置改变玩家的位置，那么我们将遇到一种截然不同的遭遇-将会是一种有利于玩家的遭遇战，如上图的情景，玩家可以调整自身的位置以使敌人无法发现自己，玩家将拥有态势感知，占据主动权（图22）。这是我之前讨论过的压缩和漏斗概念的另一个扩展。

类似于图22中所示的走廊是阻塞点(“扼制点”)，它们会导致玩家受到压缩--当被压缩后，玩家会感到极度焦虑，并快速移动以脱离这种环境，尤其是在死亡竞赛类型的游戏比赛中，人类玩家会充分的利用这些阻塞点。


图23演示了我们如何通过引入特定的关卡几何结构来调整玩家的战术能力和随后的情绪状态。在图23的第一张图中，玩家通过该图正在向前移动，并且有两个敌人从对角线的矢量朝向接近玩家，位于玩家的视线之外。这个例子类似于图21。但是，当玩家通过改变视锥（和/或自身位置）来与敌人交战时，他们会将自己重新定位到一个角落，从而破坏了他们为规避机动而拥有的可用空间。（图24）


强迫敌人通过阻塞点对玩家来说将总是有利的。图25修改了图24中所示的方案，以此将战术上的优势转向玩家。图25的第2张从战略角度上演示了掩体(遮挡物)如何对玩家有利。在该示例中，玩家有两个要注意的接近矢量。由于只有一个敌人，因此玩家可以使用两个接近矢量中的任何一个作为规避矢量，以在需要时将敌人逼到另一个阻塞点。注：(躲猫猫)


图25可以进一步的对关卡几何结构进行修改，以增加其他的阻塞点（图26）。但是，这样的将开始对玩家不利，因为对玩家来说有太多可能的接近矢量。我们可以从“封闭空间”的角度来考虑这种情况-玩家用作检查清单的一种策略，以确保他们在进入下一个游戏空间之前系统地封闭可能的伏击矢量。


在图27中，我们得到的阻塞点的数量与图26中相同。但是，玩家可以系统地关闭其中的每一个。在图26中，玩家需要一次性管理三个不同的潜在的接近矢量，而在图27的线性空间中，玩家每次只需要管理两个即可。除此之外，玩家可以逐步关闭这些空间以进一步减少接近矢量的数量。


如图27所示，当玩家在环境中移动时，他们开始封闭空间，防止可能的伏击（至少在正常情况下）。诸如“死亡空间”之类的游戏故意打破了这一规则，以使玩家始终处于焦虑状态：


多人游戏地图也是该规则的明显例外。图29是死亡竞赛类型的空间的示例，该空间有意的防止玩家去关闭空间。这种类型的空间设计的目的是严格的非线性流程，并且要尽可能多地的进行对抗。


高度元素(Height Elements)

正如平面对象会影响空间的度量一样，高度元素也会如此。在本文的前面，我们考虑了如何将龙门架用作高级类型的遮挡物，使玩家能够在具有更强的态势感知能力时获得优势。

同样重要的是，再一次的证明了视线在确定难度的指标方面，是如何的优先于虚拟空间。

尽管玩家的规避矢量有限，但如图30所示的龙门架却可以在玩家瞄准较低楼层的敌人时赋予其扫射的能力。这两个元素的组合在这种情况下为玩家提供了最有利的位置。


为了进一步地说明这一点，让我们考虑玩家处于相反的位置。靠近龙门架时，玩家将对其上方位置有明显的遮挡。除此之外，他们消除此遮挡的唯一方法是进行后退。如前面的示例所示，如果玩家试图选择后退离开龙门架，则任何试图瞄准他们的敌人只需要较少的纠正周期来获得准确的命中率。


为了再进一步地证明这一点，让我们考虑玩家处于相反的位置（图31）。靠近龙门架时，玩家对其上方位置会被明显的遮挡。除此之外，他们唯一的办法就是将这种阻塞消除。如前面的示例所示，如果玩家后退离开龙门架，则任何试图瞄准龙门的敌人都将需要较少的纠正周期来获得准确的命中率。


在这种情况下，玩家会冒险进行后退的动作，来攻击一个比他们高的潜在敌人（图32）。尽管最终结果意味着占领龙门架的敌人将被束缚在视锥中，但玩家也正在使自己成为更容易的目标。理想情况下，高级玩家将开始学习，在这种情况下进行的任何后退，都应该伴随着大量随机的随机扫射动作。


这种情况下最困难的迭代可以在图33中看到。如果我们取消了玩家的扫射能力，并且在玩家的路径上添加了一个悬垂突出的壁架，那么这将是该空间最困难的迭代。玩家的视线减少和降低了，因此他们获得的态势感知和计划其行动以及可能的替代方案的能力降低。除此之外，玩家的躲闪选择权已经以最坏的方式被破坏了-他们只能进行后退，而不是更有效的扫射式动作。


如果我们发现图33中给出的示例对玩家来说太困难了，我们可以使用合理的方法开始修改关卡的几何结构，以这种方式逐渐降低难度。例如，图34使走廊的高度高得多，以便游戏者可以看到它们前面有一个龙门架。然后，这至少会让他们知道所存在的接近矢量的潜在危险，然后他们可以在靠近时调整视锥来适应环境的这一部分，而不是被迫添加多个校正周期给玩家。

结论

术语“结论”具有误导性；就理解空间对游戏难度和玩家心理的影响而言，这里展示的只是冰山一角。理解虚拟空间的下一步是考虑在游戏几何结构中，我们具有许多吸引力和排斥力。之前，我在另一篇文章中讨论了这一理论的组成部分，其中涉及压缩和漏斗的概念，并且在本文中一直暗示了它的好处。

理解动态关系是下一个难题。我们需要了解迫使玩家移动并与关卡中的几何体互动的动力。不过，到目前为止，这种合理的3D FPS游戏难度提升方法可以轻松地应用于你自己的设计概念。如果空间设计充分的考虑了玩家的态势感知能力，那么我们就可以开始运用其他的设计工具，如杰西谢尔的利益曲线，进一步地提高我们的设计。

参考文献


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编译
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