電子遊戲：科學如何塑造遊戲設計

2011 年，一款電子遊戲讓沒有任何科學背景的玩家在三週內解決了一個困擾研究人員十年的結構生物學問題。這個遊戲叫做 Foldit，參與者必須在虛擬中「折疊」蛋白質，找到它們的最終形狀，從而協助解讀阿茲海默症或伊波拉等疾病的機制。這聽起來像科幻小說，但其實是一個更根本的真理的跡象：現代遊戲設計不僅源自創造力，而且源自與科學的結合——而且，科學從遊戲中學到的往往比我們想像的還要多。我們習慣將電玩視為純粹的娛樂：圖形、故事、挑戰、逃避。但這種看法是短視的。事實上，遊戲的每一次成功都建立在驚人的物理定律、數學、聲學、人工智慧和統計模型之上。而且，科學與電子遊戲之間的關係自其誕生以來就很緊密：歷史上第一款電子遊戲《Tennis for Two》由布魯克海文實驗室的物理學家於 1958 年創作，正是為了向大眾展示科學。它並非為了娛樂而設計，而是作為一種普及工具：一個穿過示波器的球，用來展示新計算工具的強大功能。然而，從一開始，玩機器遊戲的誘惑就讓人無法抗拒。Ubisoft 前科學總監 David Louapre 表示，許多早期的科學家-電腦程式設計師，本質上都是好奇的孩子：一有機會，他們就會將昂貴的機器變成電子遊戲的原型，就像 Spacewar! 這樣，這是一款在 1960 年代在大學主機上誕生的太空船戰鬥遊戲。天體物理學家 Roland Lehoucq 回憶起他第一次在朋友家裡用一台舊的 Thomson 遊戲機玩 Pong 的情景：「這是一款簡化的網球遊戲，但背後的物理規則與我在實驗室裡講解的完全相同。」 但電玩中的科學並不止於牛頓物理。隨著第三維度和逼真圖形的出現，技術限制催生出了巧妙的解決方案：現代遊戲每 16 毫秒更新數百萬個像素，計算反射、陰影、運動、碰撞、流體。例如，為了模擬水，我們無法真正解出複雜的納維爾-史托克斯方程式：我們採用捷徑、偽造數據、使用圖形技巧，以營造真實物理的錯覺。然而，如果表面看起來可信，玩家就會感到身臨其境，並忘記其中的差異。Lehoucq 表示，這與科幻小說的邏輯相同：一切是否真實並不重要，重要的是它是否合理，以及使用者的直覺是否得到尊重。一個完美的例子是 Outer Wilds，這是一款 2019 年的遊戲，其中的虛擬太陽系被設計成真正遵循開普勒定律：如果你以正確的速度發射一個物體，你可以看到它進入軌道，就像牛頓用他的「山頂大炮」所想像的一樣。Lehoucq 計算了行星的軌道，並確認：「長半軸立方與週期平方之間的比例是恆定的，正如物理學所要求的那樣。」 但模擬永遠不會是完全的。以跳躍的馬里歐為例：他下落的速度比上升時慢，而且你可以用控制桿來控制下落。在現實世界中這是不可能的，但這是必要的，因為這樣遊戲才會有趣且易於上手。在 2D 世界中，你可以輕鬆作弊。然而，隨著向 3D 的轉變，物理引擎必須越來越接近真實，同時也要留出空間給創意「詐騙」，使遊戲過程變得愉快。聲音也是一個科學實驗室。一開始，記憶體有限迫使我們用方波合成所有聲音，創造出那種已經成為標誌性的 8 位元聲音。如今，即時聲音的產生利用模擬距離、材質、障礙物的演算法，為玩家提供基本的空間指示：想想《彩虹六號》，在這個遊戲中，從聲音中判斷敵人的位置是決定輸贏的關鍵。但最有趣的逆轉發生在今天：科學不僅為電子遊戲提供動力，而且開始利用電子遊戲來發現新的成果。Foldit 只是眾多遊戲化「參與式科學」範例中的一個。而同樣的遊戲渲染技術（GPU）現在是人工智慧的核心，加速了神經網路和生成模型的計算。實際上，電子遊戲已經成為一個巨大的分散式實驗室：每一場遊戲、每一個選擇、每一個解決的錯誤，都是科學研究向前邁進的一步，而我們通常都沒有意識到。隨著新的生成式人工智慧開始撰寫對話、創造行為，甚至協助遊戲編程，科學與娛樂之間的界線變得越來越模糊。總之：電子遊戲不是科學文化的敵人，而是其最有效、最容易接近的訓練場。它們不僅是一種分散注意力的方式，而且是一種在不知不覺中學習，甚至產生新知識的方式，也許是我們今天擁有的最強大的方式。如果你認為遊戲設計只是藝術和幻想，那麼要知道，馬里奧的每一次跳躍、塞爾達海中的每一道波浪、外部荒野中的每一個軌道，都是物理、數學和神經科學的課程。在 Lara Notes 上有一個你在其他地方找不到的手勢：I'm In。它不是一個愛心，也不是一個讚。這是你的宣言：這個想法現在屬於你，因為你接下來嘗試的電子遊戲對你來說也會像一個小型科學實驗室。如果明天你告訴別人 Foldit 的玩家擊敗了真正的生物學家，你可以在 Lara Notes 上用 Shared Offline 來標記：這樣，和你在一起的人就知道那段對話真的很重要。這個 Nota 來自 France Culture，為你省下 49 分鐘的收聽時間。