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2024年8月20日，一款名為《黑神話：悟空》的游戲如同一顆彗星劃過游戲產業的夜空，超過200萬玩家涌入這個充滿東方神話色彩的世界，刷新了Steam平臺的發布紀錄。這款游戲在內容上是對中國傳統文化的現代詮釋，其核心魅力卻在于如何在復雜的游戲系統中為玩家創造出近乎完美的體驗，為玩家展現一個既熟悉又充滿驚喜的游戲世界。

研究領域：游戲復雜性，復雜系統，因果涌現，計算復雜度，混沌

十三維 | 作者

游戲是一個典型的多層級復雜系統[1]，從設計到游戲體驗，由多重主體參與造就的多重復雜性交織而成。本文將深入探討游戲復雜性的多個維度，從理論基礎到實際應用，探索復雜性在游戲設計中的體現，以實現玩家的最佳游玩體驗。

1. 從漸進型游戲到涌現型游戲

作為復雜系統的游戲，橫跨了從資源（Resources）、規則（Rules）到多主體（multi-agent/actor/player）之間諸多系統層級，層級之間則由程序接口或游戲界面（Interface）連接[2]。

圖1. 游戲作為多主體多層級復雜系統[2]

根據不同游戲類型，系統行為表現既可能是有序的，也可能是混沌的，抑或介于這兩者之間。由于玩家主體的介入，或者基于AI算法的動態游戲機制，游戲中也經常會出現涌現現象。在游戲系統通常會有以下四種行為模式[3]：

圖2. 四種典型系統行為[3]

1. 有序：規則簡單，如機械時鐘、腳本化設計；

2. 周期：可預測次序的若干明確階段，如四季循環 、網游的刻度線、大富翁棋盤上的輪回；

3. 涌現：整體在有序或周期，但可能突然涌現出新的現象甚至規則，如每日天氣 、文明中的游戲階段的狀態；

4. 混沌：難以預測，高度復雜，如風的湍流、擲骰子（注：本質是一種偽隨機）。

大多數游戲落在周期性和涌現性系統之間，這使得游戲既有可預測性，又充滿了驚喜。例如，在策略游戲《文明》中，既有明確的發展階段（如擴張、戰爭、殖民、太空競賽等），體現了周期性特征，同時又通過復雜的國家間互動和科技樹，創造出了涌現性的游戲體驗。

根據上面四種行為，游戲大體可以分為漸進型游戲（games of progression）與涌現型游戲（games of emergence）兩種。前者是游戲設計中的一種經典范式，通常具有線性的游戲進程、預設的挑戰和謎題、明確的關卡或章節劃分等，例如《超級馬里奧》系列以及有著復雜多分支的劇情 RPG《極樂Disco》（Disco Elysium）；后者則提供了一種截然不同的體驗。這類游戲通常具有開放的游戲世界、高度的玩家自由度、簡單規則產生難以預測的復雜結果等。例如《塞爾達傳說：天空之劍》或《我的世界》（Minecraft）。

圖3.《塞爾達傳說：天空之劍》

模擬物理引擎，使用骰子之類的隨機數生成器，或讓其他玩家加入到游戲中來，都可以為游戲引入混沌特性。要設計一個涌現型游戲，讓玩家獲得最佳體驗，設計師必須確保所有這些游戲元素相互平衡得恰到好處，因此，我們有必要研究在游戲系統中都存在哪些復雜性。

2. 游戲復雜性種種

從設計視角出發，波蘭學者 Marcin Wardaszko 將游戲復雜性分為三種：游戲系統復雜性（Game systematic complexity）、游戲社會復雜性（Game social complexity）、動態玩法復雜性（Complexity dynamics of gameplay）[4]，所有這些最終都通過游戲界面轉化為玩家游玩的游戲體驗復雜性（Perceived complexity）：

圖4. 游戲設計三種復雜性與玩家體驗復雜性[4]

1) 游戲系統復雜性：

游戲資源、變量和規則的數量，這是一種計算或算法復雜度（Algorithmic complexity）[5]。它既涉及系統的可計算性[6] ，也涉及描述系統所需的信息量 [7] 。這個維度涉及了計算機科學中的多個核心概念：

a) 算法復雜度：

時間復雜度：用大O符號表示，如 O(n), O(n log n), O(n?2;) 等。

空間復雜度：算法所需的內存空間。例如，在即時戰略游戲中，尋路算法的復雜度直接影響游戲性能。A*算法的時間復雜度為O(b^d)，其中b是分支因子，d是最短路徑的深度。

b) NP完全問題：

許多游戲問題屬于NP完全問題，如:

地圖著色問題（在策略游戲中劃分區域）

旅行商問題（在開放世界游戲中規劃最優路徑）

背包問題（在RPG中的物品管理系統） 這些問題的存在使得某些游戲機制在理論上難以完美優化，需要使用啟發式算法。

c) 程序生成內容（PGC）

這些技術涉及復雜的算法，用于自動創建游戲內容，從而增加游戲的多樣性和復雜性：

分形算法：用于生成地形，復雜度與分形維度相關。

L系統：用于生成植被，復雜度與迭代次數呈指數關系。

馬爾可夫鏈：用于生成對話或簡單劇情，復雜度與狀態空間大小相關。

計算創造力研究

d) 基于大語言模型的AIGC：

對話生成：可以創建更自然、上下文相關的NPC對話。

動態劇情創作：能夠根據玩家選擇實時生成分支劇情。

任務生成：可以創建個性化、具有連貫性的任務序列。

世界構建：能夠生成豐富的背景故事和歷史細節。

e) 物理模擬：

游戲中的物理模擬涉及數值分析和微分方程求解，例如：

歐拉方法：O(n) 的時間復雜度，但精度較低。

龍格-庫塔方法（Runge-Kutta）：O(n) 的時間復雜度，精度更高但計算更密集。

系統復雜性是游戲復雜性的基礎，當規則的復雜度超過某一點后，玩法的復雜度會猛然提升。這個現象稱為復雜度屏障（complexity barrier）。越過這個點后，規則之間的交互作用產生了一種概率空間激增的效應。當然，游戲規則也并非越多越好，而是要進行配合、恰到好處。如下圖所示，在復雜度屏障后規則繼續增多，游戲復雜性則趨于收斂：

圖5. 規則復雜性與游戲復雜性[3]

這種現象解釋了為什么一些看似簡單的游戲（如圍棋），以及復雜系統中的生命游戲可以產生如此復雜和深奧的游戲玩法。它也揭示了游戲設計中的一個重要原則：通過精心設計的簡單規則集，可以創造出復雜而引人入勝的游戲體驗。

2) 游戲社會復雜性：

玩家和游戲主體之間的互動，是一種組織復雜性（Organizational complexity）[5]，涉及博弈論、網絡科學、復雜自適應系統理論等，與系統具有的適應性、自組織性、涌現性、自創生等生態系統的能力有關，這使得系統具有進化性 [9]，甚至可能開放式演化[10]。

a) 博弈論復雜性：

Nash均衡：在多人游戲中，尋找Nash均衡是PPAD-完全問題。

不完全信息博弈：如撲克游戲，其復雜度遠高于完全信息博弈。

演化博弈論：用于模擬大規模多人在線游戲中的策略演化，涉及復雜的動態系統。

b) 網絡復雜性：

小世界網絡：描述玩家社交網絡的拓撲結構，具有高聚類系數和低平均路徑長度的特征。

無標度網絡：在某些游戲經濟系統中出現，遵循冪律分布。

中心性度量：用于分析玩家在社交網絡中的重要性，如PageRank算法。

c) 復雜啟發算法與涌現：

蟻群優化算法：用于模擬群體智能，復雜度與螞蟻數量和迭代次數相關。

元胞自動機：如 Conway的生命游戲，能產生復雜的涌現行為。

基于信息論的量化因果框架[15]

c) 開放式演化

探索開放性、擴展開放性與變革開放性 [11]

3) 動態玩法復雜性：

隨時間變化的游戲狀態和玩法，即交互方式的改變，由前面兩種復雜性共同產生，這是一種交互復雜性（Interactive complexity），具有多個層次。一方面由數據和算法底層決定，一方面由各種游戲機制組合而成，一方面也涉及玩家和游戲主體之間的互動。例如具有自我意識的主體，根據不同利益訴求，在競爭與合作的環境中溝通和行動，會涌現出某種游戲局部或全局交互機制、或某種社會文化規則，這包括在傳統游戲中某些“卡Bug”的玩法（這在復雜科學當今研究中被稱為因果涌現，詳見后面。）

游戲動態復雜性可以通過動力系統理論和混沌理論來解釋：

a) 非線性動力系統：

許多游戲機制可以建模為非線性動力系統，例如：

Logistic map: x[n+1] = rx[n](1-x[n])，用于模擬資源增長。

Lorenz系統：描述復雜的天氣系統，可用于游戲中的氣候模擬。

這些系統可能表現出混沌行為，導致長期預測變得極其困難。

b) 李雅普諾夫指數：

用于量化系統對初始條件的敏感程度。正的李雅普諾夫指數表示系統是混沌的。在游戲中，這可以用來衡量玩家早期決策對游戲后期的影響程度。

c) 分岔理論、奇異吸引子、分形維度、信息熵、計算不可約性：

研究參數變化如何影響系統行為，描述玩家行為模式的長期演化，NPC的運動模式，策略深度等。

d) 自由度和探索性：

開放世界的廣度和深度

非線性劇情和多重結局

玩家自定義和創造性表達的空間

e) 可訪問性和適應性：

難度調節系統

輔助功能和無障礙設計

個性化體驗和推薦系統

對以上三個復雜性維度，Wardaszko 還開發了一個創新的游戲復雜性評分系統，為每個復雜性維度賦予0到10的分數，使得不同類型的游戲可以在復雜性方面進行比較。

4) 游戲體驗復雜性

游戲體驗復雜性是玩家最終接收到的整體體驗，涉及玩家與游戲互動的各個方面，它不僅由前面三種復雜性決定，還有自身難以還原、涌現出的整體性維度：

a) 感官刺激復雜性：

- 視覺：圖形質量、藝術風格、動畫效果

- 聽覺：音樂、音效、環境音

- 觸覺：力反饋、震動效果（在所支持的設備上）

b) 敘事復雜性與情感復雜性：

- 故事情節的深度和分支

- 角色發展和關系網絡

- 世界觀和背景設定的豐富程度

c) 認知挑戰、技能要求

d) 沉浸感和代入感：

- 虛擬現實或增強現實技術的應用

- 游戲世界的一致性和真實感

- 角色扮演的深度

- 玩家間、AI Agent 互動帶來的變數

e) 文化和語言復雜性：多語言支持、跨文化元素和參考、本地化的深度和質量

f) 元游戲復雜性：成就系統和收藏要素、社區互動和用戶生成內容、電子競技和排行榜系統

這些方面相互交織，共同構成了游戲體驗的整體復雜性。優秀的游戲設計往往能在這些維度之間找到平衡，創造出既深刻又引人入勝的游戲體驗。理解這些復雜性的不同方面，有助于設計師創造更豐富、更有吸引力的游戲世界，同時也為玩家提供了多層次的參與和享受游戲的方式。

3. 游戲主體、游戲機制與因果涌現

除資源和規則外，游戲主體自身的復雜性對系統具有重要的影響。后者可分為互動型（interactive）和冷漠型（indifferent）兩種對象類型（Hacking，1999）。前者被預先指定好類別，無法與自己分類進行互動、決定自己，例如游戲中的物品、環境元素，屬于指稱系統（referential systems）；后者則具有一定認知和智能，甚至自我意識，能反思自己和社會環境，是自指系統（self-referential system），能通過所謂人類循環效應（looping effect of human kinds）不斷地調整自己的行為、扮演某種角色、與外部對話產生復雜性。例如玩家（Player）和復雜的NPC。

在互動型和冷漠型之間，由于人工智能技術的發展，結合多主體系統研究。我們會發現二者并非涇渭分明。如果我們將冷漠型看做純粹的被動主體，那么游戲中不同主體類型可以按照從簡單到復雜呈現一個階梯[8]：

1. 被動主體（Passive agents）：環境資源，無目標主體，如障礙物、簡單物品；

2. 主動主體（Active agents）：具有簡單目標，系統控制的單位，如鳥群中的鳥、游戲中的普通怪物；

3. 認知主體（Cognitive agents）：可以進行復雜計算的程序和AI，例如3A游戲中的BOSS，如黑神話中的二郎神、策略游戲的對手勢力，可以根據玩家的行動調整戰斗策略；

4. 生成式智能體 (Generative Agents)：基于LLM具有復雜決策、記憶、工具使用等能力的生成式AI，例如斯坦福小鎮中的AI[12]、由GP4驅動的AI智能體Voyager[13]、以及大語言模型驅動的AI原生游戲《1001夜》；

5. 意識主體 (Conscious Agents)：游戲玩家，具有最高復雜度的認知主體，同時也是真實世界的人類社會主體。

圖6. 由LLM驅動的AI原生游戲《1001夜》，其中人物對話都是即時生成的

在游戲系統中，玩家代表一類具有最高復雜度的主體，他們身處游戲和現實兩個世界。在現實世界的主體、社會環境、資源之間的循環互動，產生了不同社會組織、角色劃分、交互作用方式，換到游戲中，這些獨特交互方式就是不同的游戲機制。在游戲中主要有以下五種基本機制[3]：

物理系統（Physics）：模擬現實世界的物理規則；

內部經濟（Internal economy）：資源管理和交換系統；

漸進機制（Progression mechanisms）：關卡設計和難度曲線；

戰術機動（Tactical maneuvering）：策略性決策和行動；

社交互動（Social interaction）：玩家間的交流和競爭。

圖7. 游戲類型與五種游戲機制[3]

其中物理系統是一種連續機制，主要是在被動主體之間（認知主體可以遵循也可以超越物理法則，如飛行和魔法），其余則屬于離散機制，囊括各種類型主體之間的交互。這些游戲機制之間組合和交互就構成了游戲的核心玩法（gameplay）。不同的機制組合可以產生不同程度的復雜性，形成涌現型游戲，例如物理系統的天氣，以及社交互動導致建造或創造。在一些VR/元宇宙游戲中，例如我的世界、 VRchat 或 Roblox，玩家可以根據游戲本身的創造系統或API，自己創造角色（Avatar）或關卡。這不僅產生了涌現，而且可能產生因果涌現。

圖8. 四種涌現[14]

根據反饋和尺度級別的不同，我們可以將游戲復雜系統中的涌現分為四個層次：

微小涌現：游戲過程生成內容，如隨機生成的地圖或任務，“卡Bug”的玩法；

弱涌現：即時戰略游戲中的單位群體行為；

多重涌現：沙盒游戲中玩家行為與游戲世界的互動；

強涌現：大型多人在線游戲中形成的復雜社會結構和經濟系統。

與其他藝術系統不同之處，游戲的關鍵就是可能產生因果涌現。例如在《我的世界》中，雖然游戲的基本規則非常簡單：收集資源、制作工具、建造結構，但卻創造出了無窮無盡的可能性。玩家可以建造復雜的機關、藝術品，甚至在游戲中實現圖靈完備的計算機：“紅石計算機”，實現一個能夠根據玩家輸入識別數字圖像的神經網絡算法。

圖9

此外，在一些大型多人在線游戲中（MMORPG），在某種季節或條件下，由于玩家的認知和形成的“文化”，某個地區的某種活動，如商品交易增加，或產生某種戰術打法，這些都是宏觀產生了在微觀顆粒度下無法觀察的因果規則。

圖10. 系統粗粒化與因果涌現[16]

4. 交互敘事設計與最佳玩家體驗

成功的游戲設計往往需要在這些機制之間找到恰當的平衡，以創造出既有挑戰性又不至于過于復雜的最近游戲體驗。這就回到了游戲系統的設計問題。在游戲設計領域，出現過很多游戲設計框架，如下圖[17]：

圖11. 游戲設計框架種種[17]

例如著名的“機制-動力-美學”（Mechanics-Dynamics-Aesthetics）MDA 經典設計框架[18]。

圖12. MDA游戲設計框架[18]

在 MDA 中，機制描述的是游戲中以數據和算法層表示的特定組成部分，動力描述了機制在玩家輸入和彼此之間的運行時行為、以及隨著時間的推移的產出（如上這些都屬于廣義游戲機制），美學則描述了當玩家與游戲系統互動時，在玩家身上喚起的理想情緒反應，這些反應可能是感官享受、虛幻故事、戲劇、一種挑戰或探索等等。可以看到，是美學決定了游戲的類型和目標。

那么，如何喚醒或實現這種理想情緒反應下的最優體驗？這就要考慮游戲復雜性與玩家接受能力（體驗復雜性）之間的關系。

在游戲設計中，復雜性是一把雙刃劍，適度的復雜性可以激發玩家的興趣和學習動機，過高的復雜性可能導致挫折感，阻礙學習。根據心流理論、85%最優學習率、審美愉悅加工流暢理論、數學家 George David Birkhoff 提出的審美度量理論（ O 為秩序，C 為復雜度，則一個事物的審美度量 M = O/C）[19]等，當玩家接收到的感官刺激、所學習的信息和內容、游戲任務挑戰處在簡單和復雜中間狀態時，玩家體驗會達到最優。

以上可以被概括為一個最優刺激模型[cj]：

圖13. 最優刺激模型，右邊復雜分形圖像、幾何形狀、簡單花朵分別代表三種水平的刺激[20]

最優刺激模型展示了刺激水平、認知資源和個體差異之間的相互作用，解釋了人們如何在不同情況下被不同復雜度的刺激所吸引。例如，年齡影響可用的認知資源，認知資源較多的個體傾向于被更刺激體驗吸引，較少的則被較少的刺激吸引。因此游戲的復雜性應該考慮到情境刺激潛力和玩家的情緒狀態。在高度刺激的環境中，游戲可能需要提供更簡單的任務來避免認知過載，相反在低刺激環境中，游戲可以提供更具挑戰性的內容來保持玩家的興趣。

游戲復雜性包括系統復雜性、社會復雜性、動態玩法復雜性，以及玩家視角的體驗復雜性。設計師需要同時考慮設計和玩家視角，在這些維度上找到恰當的平衡，以達到最優體驗。在當代游戲尤其是3A游戲，特別需要考慮游戲體驗復雜性中的交互敘事內容，即敘事復雜性，由交互敘事帶來的情緒體驗同樣要求在一個最適合的區間和曲線中，玩家才能在故事的沉浸性和意義感活動最佳體驗。

為了更好地理解游戲交互敘事體驗的復雜性，Hartmut Koenitz 提出了SPP（System-Process-Product）設計模型[21]。這個模型將交互式數字敘事（IDN）看作由三個相互關聯的部分組成的整體：

1) 系統（System）：IDN的數字化基礎設施，包括所有可能的敘事路徑。

2) 過程（Process）：用戶與系統的互動過程。

3) 產品（Product）：互動結果，可以是客觀記錄或主觀重述。

圖14. SPP 設計模型[21]

在 IDN 中，Koenitz 區分了兩種類型的交互性：

“交互性1”：指個人對作品的解釋，涉及認知和解釋行為。這種交互性存在于所有文本中。

“交互性2”：數字媒體特有的交互性，用戶在考慮系統提供的所有選項后，計劃并執行行動，以觀察系統的反應。

在 IDN 中，交互是認知的必要條件，是實現敘事的必要步驟，反過來交互也需要認知，因為IDN需要玩家進行規劃和執行，常常需要在成功和失敗的交互策略中做出選擇。因此好的游戲設計不僅要考慮交互機制，還要考慮這些機制如何促進玩家的認知過程、學習體驗和意義獲得感，根據玩家的認知資源、年齡、心情、文化因素等因素進行設計和動態調整。這方面在敘事學、符號學、故事設計、相當多豐厚的研究，例如有關游戲符號學和情感弧線（Emotional Arc）的研究。

圖15. 游戲的符號系統與敘事結構[23]

計算敘事學的研究表明，[12]所有故事的情感弧都不超過六種基本模式：“貧窮到富有”（飛黃騰達，上升）、“悲劇”或“富貴到襤褸”（家道中落，下降）、“人在洞穴”（下降—上升）、“伊卡洛斯”（上升—下降）、“灰姑娘”（上升—下降—上升）、“俄狄浦斯”（下降—下降—下降）。

圖16. 哈利波特與情感弧線[22]

總之，創造最優游戲體驗是一門多種復雜性平衡的藝術。它需要設計師深入理解游戲系統、社會、動態玩法、體驗復雜性的多個維度，并將這些知識巧妙地融入游戲機制中。通過精心調控游戲的各個方面，設計師可以創造出一種動態平衡的體驗，既能滿足玩家的挑戰欲望，又能提供持續的樂趣和成就感、甚至意義感。對后者而言，游戲甚至能反過來作用于真實世界的社會系統，產生話題性的文化現象、甚至文化輸出。這點《黑悟空:神話》在包括歐美在內世界范圍的火爆就是最好的證明。