Алгоритмы в играх:
как создается игровая вовлеченность

Каждый раз, когда мы проходим какую-либо компьютерную игру, процесс кажется нам естественным и логичным. А неожиданные спецэффекты и сюжетные повороты вызывают неподдельный интерес, заставляют нас возвращаться к игровому процессу снова и снова. Ведь если игра будет однообразной, это в скором времени наскучит большинству пользователей, а разработчики игры жители бы сохранять её актуальность и востребованность как можно дольше!
Поэтому в процессе разработки игр программисты используют алгоритмы – особые программные комбинации, которые способны погрузить игрока в мир виртуальной реальности и обеспечить интерес сюжетной линии на протяжении долгого времени. В этой статье команда «Enjoy Robotics» рассказывает о некоторых алгоритмах в играх, их происхождении и свойствах.

Что такое алгоритмы в играх и почему они так важны?

Алгоритмы подчиняются программному коду и представлены набором правил и одами логически зашифрованных операций. Код алгоритма встраивается в программу или игру, что упрощает для системы понимание действий игрока и позволяет ей выстраивать дальнейший сценарий. Простой пример: игрок ведёт персонажа по дороге и вдруг натыкается на развилку. И тут, словно в сказке: направо пойдёшь, ничего не произойдёт, путь останется спокойным. Но если пустить игрового персонажа налево, откуда ни возьмись, вываливается кучка врагов! Это и есть работа алгоритма, который проанализировал действия игрока на текущий момент и создал реакцию – вражеский десант, заставивший игрока понервничать и потратить ресурсы на истребление агрессивного препятствия.

Алгоритмы позволяют сделать процесс компьютерной игры более содержательным и непредсказуемым, формируют уникальный опыт прохождения для каждого пользователя. В учёт берётся всё: действия игрока, направления движения, поведение (особенно если линия сюжета зависит от характера персонажа и его реплик или действий в играх формата action/RPG).

Случайность или…? Как неожиданности в игре становятся её изюминкой

Никаких «или» в работе алгоритмов юфть не может. Не стоит думать, что в игре могут быть случайные действия. Все ваши действия будут зафиксированы системой и проанализированы. При прохождении уровня за уровнем, взаимодействии с объектами и предметами игрового мира алгоритмы работают на мониторинг и составление их собственного «мнения» о ваших игровых способностях на данный момент. Например, вы долго не можете пройти сложный уровень или победить босса в игре.

Хорошо прописанная игра при наличии таких трудностей определит постоянно повторяющийся сценарий неудачи. И со временем подскажет нужное решение или тактику, которая, наконец, принесёт успех в сложившейся игровой ситуации. Наоборот это тоже работает. В этом случае алгоритм подкинет сложности. Хорошо справляешься и быстро проходишь игру? Ну-ну. А вот теперь посмотрим, как ты пройдёшь дальше!

Математическая природа игровых алгоритмов

Хорошая игра с прописанными умными алгоритмами напоминает рынок с топовыми товарами по бюджетным ценам. Что делают люди, возвращаясь на такой рынок? Конечно же, испытывают восторг от удачных покупок раз за разом! В компьютерных играх это тоже работает. Такой процесс называется воронка: игра фиксирует игровые данные поведения от разных пользователей, собирает статистику, прописывает траектории развития игры от момента, когда пользователь заходит в игру впервые, до тех пор, пока он становится продвинутым, уверенным игроком.

Иными словами, алгоритмы всесторонне анализируют поведение пользователей, способствуя повышению эффективности этапов вовлечения, удержания и возвращения игроков. Это здорово влияет на оптимизацию игровой вселенной, разработку обновлений и дополнений к игре. На разных этапах алгоритмами анализируются разные сведения:

  • привлечение новых участников: анализируется уровень подготовки и предпочтения новичков, после чего предлагаются индивидуальные миссии и поощрения;
  • удержание активных пользователей: предусмотрены ежедневные бонусы, эксклюзивные мероприятия и адаптивная сложность игровых заданий;
  • возвращение игроков, утративших интерес к игровому процессу: осуществляется рассылка уведомлений о пропущенных квестах либо свежих апдейтах игры.

Далее рассмотрим, какие алгоритмы наиболее часто встречаются в играх.

Фундаментальные алгоритмы и их роль в игровой разработке

Упорядочивание данных (сортировка)

Сортировка — это метод приведения элементов коллекции в заданный порядок, например, по возрастанию или убыванию. В контексте видеоигр данный процесс находит применение в таких задачах, как формирование таблицы рекордов, организация инвентаря игрока или сортировка объектов по приоритету. Существует множество алгоритмов с разной эффективностью: от простой пузырьковой сортировки до более производительных решений, таких как быстрая сортировка и сортировка слиянием. Выбор подходящего метода зависит от объёма данных и требований к скорости выполнения.
Поиск элементов в данных

Поиск — это операция, позволяющая определить наличие и позицию нужного элемента в массиве или списке. В играх он может использоваться, например, для поиска определённого предмета в инвентаре или нахождения ближайшего противника. Наиболее простой способ — линейный поиск, который проверяет каждый элемент по очереди. Он подходит для небольших наборов, но неэффективен при больших объёмах. Более быстрый вариант — бинарный поиск, но он требует, чтобы данные были предварительно отсортированы.
Алгоритмы поиска пути

Поиск пути — ключевой элемент в играх с перемещением персонажей по карте. Он позволяет находить оптимальный маршрут от одной точки до другой с учётом препятствий, рельефа и стоимости перемещения. Два наиболее известных алгоритма — A* (A-star) и Дейкстры. A* особенно популярен благодаря своей эффективности и способности быстро находить кратчайший путь в сложной среде.
Генерация случайных значений

Если вам пришла в голову мысль о роли числового рандомайзера в процессе многопользовательских розыгрышей в соцсетях, то это хороший пример работы алгоритма на пальцах. На деле же именно алгоритм генерации случайных чисел – виновник неожиданного обнаружения группы врагов в игре или выпадения игрового события.

Данный алгоритм способен вызвать волнение и держать процесс игры в напряжении, желать его непредсказуемым для пользователя. Генератор случайных чисел широко используется разработчиками игр для различных целей – от определения расположения врагов и выпадения предметов до инициирования игровых событий вроде мини-игр и битв с боссами. В большинстве уровней присутствует элемент случайности, зачастую незаметный игроку. Так, частота появления противников в RPG (ролевых играх) зависит именно от работы такого генератора. Именно поэтому одни и те же игровые зоны иногда кажутся пусты, а враги визуально отличаются при повторных посещениях локации.

Случайность играет важную роль в создании динамичного и непредсказуемого игрового опыта. Генераторы случайных чисел используются для создания процедурных уровней, выпадения лута, рандомизации поведения врагов или событий сюжета. Качественная случайность обеспечивает баланс и разнообразие, делая каждый проход игры уникальным.

Такой подход позволяет легко создавать уникальные игровые пространства, повышая повторяемость и интерес игрока.

Понимание базовых алгоритмов — сортировки, поиска, поиска пути и генерации случайных данных — является важной частью разработки игр. Они лежат в основе многих игровых механик и позволяют создавать более сложные, реалистичные и увлекательные игровые миры. Выбор правильного алгоритма и его грамотная реализация напрямую влияют на производительность и качество игрового опыта.
Алгоритм ИИ (искусственный интеллект)

Этот алгоритм формирует ощущение реальности и наличие разума у игровых противников. Благодаря искусственному интеллекту можно подумать, что очередной босс в игре слишком умный и предугадывает действия игрока, усложняет процесс победы над ним.

В основном, ИИ-технология разработки игровых оппонентов и прочих неигровых персонажей (NPC) позволяет имитировать поведение реальных игроков. Эффективный алгоритм искусственного интеллекта существенно повышает качество игрового процесса по сравнению с простыми алгоритмами. В популярных жанрах, включая файтинги и стратегии, активно используются сложные модели поведения NPC, наделяемые способностью прогнозировать игровые действия пользователей и оперативно реагировать на них.
Алгоритм процедурной генерации

С помощью данного игрового алгоритма процесс игры формируется практически на лету. Это достаточно распространённый способ программирования, который используется в любых жанровых играх разной сложности. Процедурная генерация применяется для формирования игровых элементов – уровней, загадок, противников и иных компонентов, необходимых для продвижения сюжета либо совершенствования геймплейных механизмов. Ключевое достоинство метода состоит в возможности автоматического создания уникального контента при каждом запуске игры, исключая необходимость ручного проектирования множества локаций и персонажей.
Что может понадобиться дополнительно

Ещё для сборки робота потребуется комплект крепежа: винты, гайки, восемь стоек длиной 3 см для соединения верхней и нижней пластин конструкции. Для укладки проводников необходимы провода и стяжки. Источником питания служат две литий-ионные батареи напряжением 3,7 В каждая. Батареи размещаются в специальном держателе, поэтому его тоже стоит приобрести.

Заключение

Алгоритмы в играх создают то, что мы любим больше всего. Возвращаясь к игровому процессу каждый раз, мы заново испытываем приятные чувства, окунаясь в особую атмосферу и сталкиваясь с необычными игровыми эффектами. Порой они завораживают, порой – заставляют почувствовать страх или вызывают чувство любопытства. Увлекательный процесс – это смысл освоения и прохождения любой игры, и он построен на алгоритмам.

Именно такие алгоритмы, примеры которых мы рассмотрели в нашем материале, формируют для игрока полчища врагов в процессе сражения, вызывают появление загадочного, ранее недоступного для прохождения уровня (например, когда игрок достиг определенного значения игрового опыта), формируют неожиданный результат или позволяют открыться новым локациям. А вы можете рассказать о том, какие алгоритмы встречались вам в играх? Ждём вас в обсуждениях! Ваши «Enjoy Robotics».

ENJOY ROBOTICS

Обучающие курсы по робототехнике — интересно, понятно, с практикой!

ОТЗЫВЫ КЛИЕНТОВ

Тим Козлов
Боевой робот— это сила!
Коля и Стёпа
Дом – как из будущего! Всё видит и делает сам
Григорий Соколов
папа Льва
Разобрались с сыном, отлично работает. Легко пользоваться программой
Мария Миронова
мама Олега
Классная развивающая игрушка для мальчиков и пап
Жанна Быкова
Интересно, когда делаешь сам и работает, как ты хочешь
Данил Артибашев
преподаватель
Комплекты чёткие и хорошо продуманные. Жду новых выпусков
Дима Никитин
Собрал своего Отто, он крутой!
София Муратова
Увлекательно понимать, как всё это устроено