电子游戏：科学如何塑造游戏设计

2011年，一款电子游戏让没有任何科学背景的玩家在三周内解决了一个困扰研究人员十年的结构生物学问题。这款游戏名为Foldit，参与者必须在虚拟中“折叠”蛋白质，找到它们的最终形态，从而帮助破解阿尔茨海默病或埃博拉病毒等疾病的机制。这听起来像是科幻小说，但它却是一个更根本性的真理的标志：现代游戏设计不仅源于创造力，还源于与科学的结合——而且通常，科学从游戏中学到的东西比我们想象的要多。我们习惯于将电子游戏视为纯粹的娱乐：图形、故事、挑战、逃避。但这种看法是短视的。事实上，游戏的每一次成功都基于惊人的物理定律、数学、声学、人工智能和统计模型。科学与电子游戏之间的关系自诞生以来就非常密切：历史上第一款电子游戏《Tennis for Two》由布鲁克海文实验室的物理学家于1958年创作，正是为了向公众展示科学。它并非为了娱乐而设计，而是作为一种传播工具：一个穿过示波器的球，用于展示新计算工具的强大功能。然而，从一开始，玩机器游戏的诱惑就不可抗拒。Ubisoft前科学总监David Louapre说，许多早期的计算机科学家，本质上都是好奇的孩子：只要有机会，他们就会将昂贵的机器变成电子游戏的原型，就像Spacewar!一样，这是一款在六十年代诞生于大学大型机上的太空飞船战斗游戏。天体物理学家Roland Lehoucq则回忆起自己第一次在朋友家里用一台老式Thomson游戏机玩《乒乓》：“这是一款简化版的网球游戏，但背后的物理规则与我在实验室里讲解的完全相同。” 但是，电子游戏中的科学并不止步于牛顿物理学。随着三维和逼真图形的到来，技术限制催生了巧妙的解决方案：一款现代游戏每16毫秒更新数百万像素，计算反射、阴影、运动、碰撞、流体。例如，为了模拟水，我们无法真正解出复杂的纳维-斯托克斯方程：我们采用捷径，伪造数据，使用图形技巧来产生真实物理的错觉。然而，如果表面看起来可信，玩家就会感到身临其境，忘记其中的差异。Lehoucq说，这与科幻小说的逻辑相同：不在乎一切是否真实，重要的是它是否合理，是否尊重用户的直觉。一个完美的例子是2019年的游戏《Outer Wilds》，其中的虚拟太阳系被设计成真正遵循开普勒定律：如果你以适当的速度发射一个物体，你会看到它进入轨道，就像牛顿用他的“山上的大炮”所想象的那样。Lehoucq测量了行星的轨道，并证实：“半长轴的立方与周期的平方之间的比例是恒定的，这正是物理学所要求的。” 但模拟永远不是完全的。以跳跃的马里奥为例：他下落的速度比上升时慢，你可以用控制杆来控制下落。这在现实世界中是不可能的，但却是必要的，因为只有这样游戏才能变得有趣且易于上手。在2D中，你可以轻松作弊。然而，随着向3D的过渡，物理引擎必须越来越接近现实，同时也要为创造性的“骗局”留出空间，使游戏玩法更加有趣。声音也是一个科学实验室。起初，内存有限迫使我们用方波合成所有声音，从而产生了那种已成为标志性的8位声音。如今，实时声音生成利用模拟距离、材质、障碍物的算法，为玩家提供基本的空间指示：想想《彩虹六号》，从声音中判断敌人的位置，决定了输赢。但最有趣的逆转发生在今天：科学不仅为电子游戏提供动力，而且开始利用电子游戏来发现新成果。Foldit只是众多游戏化“参与式科学”案例中的一个。而同样的游戏渲染技术——GPU——现在是人工智能的核心，它加速了神经网络和生成模型的计算。实际上，电子游戏已经成为一个庞大的分布式实验室：每一场游戏、每一个选择、每一个被解决的错误，都意味着科学研究向前迈进了一步，而我们往往对此毫不知情。随着新的生成式人工智能开始撰写对话、创造行为，甚至协助游戏编程，科学与娱乐之间的界限变得越来越模糊。简而言之：电子游戏不是科学文化的敌人，而是其最有效、最容易获得的训练场。它们不仅是一种消遣方式，而且是一种——也许是我们今天拥有的最强大的——在不知不觉中学习甚至产生新知识的方式。如果你认为游戏设计只是艺术和幻想，那么要知道，马里奥的每一次跳跃，塞尔达海洋中的每一道波浪，以及《外部荒野》中的每一个轨道，都同样是物理、数学和神经科学的课程。在Lara Notes上有一个你在其他地方找不到的手势：I'm In。这不是一个心形图标，也不是一个竖起的大拇指。这是你的宣言：这个想法现在属于你，因为你接下来尝试的电子游戏对你来说也会像一个小型科学实验室。如果明天你告诉别人，Foldit的玩家击败了真正的生物学家，你可以在Lara Notes上通过Shared Offline进行标记：这样，和你在一起的人就会知道，那次谈话真的很重要。这个“Nota”来自France Culture，为你节省了49分钟的收听时间。