Русский
Русский
English
Статистика
Реклама

Гениальный алгоритм создания лабиринтов в игре Entombed, который до сих пор не могут разгадать



В 2017 двое ученых, канадец John Aycock и британка Tara Copplestone, опубликовали анализ классической игры Entombed для игровой приставки Atari 2600. Механика этой игры, выпущенной в 1982, крайне проста: археолог, управляемый игроком, должен пробраться по прокручивающимся снизу вверх катакомбам, уворачиваясь от зомби.

У Atari 2600 было всего 128 байт ОЗУ; тем не менее, кажущийся бесконечным лабиринт при каждом запуске был новым, т.е. генерировался в памяти. Как же программистам это удалось? Вот комментарий Стивена Сидли программиста, 38 лет назад создавшего эту игру:
Основную часть генератора лабиринтов написал какой-то уволившийся торчок. Я связался с ним, чтобы выяснить, как его алгоритм работал. Он ответил, что придумал этот алгоритм, когда был вусмерть накурен и вдобавок пьян, что написал его сразу на ассемблере прежде чем вырубился, а потом даже близко не мог вспомнить, в чем его алгоритм состоял.

Генераторы лабиринтов


В Википедии перечислены дюжина разных алгоритмов для генерации лабиринтов. Наибольший интерес для игровых приставок представляет алгоритм Эллера, созданный в том же 1982 Мартином Эллером из Microsoft. Алгоритм Эллера позволяет построчно создавать связные лабиринты без циклов, причем для генерации лабиринта неограниченной высоты достаточно хранить в памяти только пару последних строк. Казалось бы, это как раз то, что нужно для Entombed! Но увы, с игровой механикой вертикального скроллера алгоритм Эллера несовместим, потому что в получившемся лабиринте регулярно приходится обходить препятствия сверху. Для демонстрации этого я слегка модифицировал алгоритм Эллера, чтобы лабиринт создавался в матрице из стен и проходовА, как и в Entombed:



Более изощренные алгоритмы, использующие рекурсию и т.п., не уложились бы в 128 байт ОЗУ. Итак, требования к алгоритму для Entombed такие:

  1. Построчная генерация лабиринтов неограниченной высоты;
  2. В создаваемых лабиринтах должно быть как можно меньше несвязных участков; (у игрока есть ограниченная возможность пробивать стены, так что редкие несвязности не представляет проблемы)
  3. Создаваемые лабиринты должны состоять в основном из ветвящихся и соединяющихся вертикальных проходов так, чтобы для прохождения лабиринта не требовалось движение вверх;
  4. Для генерации новых строк лабиринта должны использоваться только несколько последних сгенерированных строк. (Поскольку у Atari 2600 нет видеобуфера, то все видимые на экране строки лабиринта должны в каком-то виде храниться в 128 байтах основной памяти).

Кто и как создал этот алгоритм?


Двое ученых, называющих себя археологами видеоигр, решили начать свои изыскания именно с Entombed игры про археолога в лабиринте. В ходе своего исследования они разыскали Стивена Сидли, и спросили его, какой алгоритм он использовал для генерации лабиринта. Как уже было упомянуто, Сидли им ответил, что даже автор алгоритма не мог вспомнить, в чем его алгоритм состоял, а сам Сидли тем более. Затем исследователи попытались найти торчка, создавшего этот алгоритм; вторая половина истории нашлась в интервью, опубликованном в 2008:

Генератор лабиринтов для Entombed создали Дункан [Duncan Muirhead] и я [Paul Allen Newell]. Как-то вечером после работы мы с Дунканом пошли выпить, и у нас завязалось обсуждение того, возможно ли генерировать бесконечный алгоритм, в котором всегда есть проход. Тогда мы не думали о создании игры, нас интересовала сама задача генерации лабиринта. Алгоритм мы придумали вместе, и поскольку я умел программировать для VCS [Atari 2600], то за выходные я создал работоспособный прототип. Нас обоих впечатлило, насколько реализация получилась элегантной. Потом мы показали этот прототип начальству, и они решили, что из него получится отличная игра. Мне это уже не было интересно, так что я доделал Towering Inferno, задействовав там часть нашего алгоритма, и уволился. После моего ухода фирма наняла Стивена Сидли, и передала генератор лабиринтов ему. Существенную часть моего кода ему пришлось удалить, чтобы освободить место для игровой механики. У Atari 2600, кроме жестких ограничений по объемам ОЗУ и ПЗУ, было еще и требование, чтобы генерация каждой строки пикселей занимала ровно 76 тактов.

Сидли упомянул, что код генератора лабиринтов был написан на ассемблере 6502 безо всяких комментариев. Это само по себе похоже на подвиг: как отметил khim, там набор команд столь ограничен и крив, что при написании программ возникает в основном вопрос а как на этом чуде вообще хоть что-то написать? Тем не менее, исследователи расковыряли код игры, и выяснили, что лабиринт генерируется следующим образом: для каждой из восьми ячеек генерируемой строки рассматриваются пять уже сгенерированных ячеек (три сверху и две слева), и в соответствии с магической таблицей выбирается состояние новой ячейки (проход, стена, либо случайный выбор). Две самые левые ячейки всегда заполнены, и в памяти не хранятся. Правая половина лабиринта просто зеркальное отражение левой.



Таинственная таблица в сердце неразгаданного алгоритма


Свойства генерируемого лабиринта зависят от того, какое состояние новой ячейки задается для каждой пятерки сгенерированных ранее. Таблица, вшитая в Entombed, немало озадачила исследователей: Мы не заметили в ней никаких закономерностей, даже когда мы несколькими способами представили ее в виде карты Карно. Сидли высказался в том же духе: Для меня она остается загадкой: я так и не смог ее распутать, и использовал ее как черный ящик. Впрочем, отсутствие закономерностей в таблице некоторое преувеличение: например, на карте Карно видно, что при c=1 (стена слева сверху от текущей ячейки) не будет генерироваться X=1 (стена в текущей ячейке).



BBC в своем репортаже про цифровую археологию прибегла к еще более драматичным преувеличениям: Таблица составлена поистине гениально: при каждом запуске игры создается новый лабиринт, по которому можно пройти из начала в конец. Если бы значения в этой таблице были хоть немного другими, то скорее всего, лабиринт получался бы непроходимым. Это просто необъяснимо. Перепост на hackaday.com сформулирован еще увереннее: Загадочная таблица всегда создает проходимые лабиринты, но стоит в ней поменять любые биты, и головоломка станет неразрешимой. На самом же деле, и лабиринт не всегда получался связным, как видно на видеозаписи игры; и небольшие изменения в таблице не оказывают заметного влияния на получающиеся лабиринты: я сделал версию на JavaScript, в которой вы можете сами поиграть с загадочной таблицей менять ее прямо на ходу и следить, как в результате меняется лабиринт. Вероятно, гарантия связности лабиринта, о которой упоминал и Paul Newell в своем интервью, была потеряна вместе с удаленной частью кода.

Археология видеоигр


John Aycock прокомментировал, как Entombed стала объектом его исследования: он готовил для своих студентов задание на реверс-инжиниринг, и выбрал относительно малоизвестную игру, потому что для популярных игр студенты могли бы найти в сети уже разобранный код. Если в игре, выбранной наугад, встретилась такая выдающаяся находка не значит ли это, что практически в любой игре того времени найдутся блестящие программистские решения, стоит лишь копнуть поглубже? Стивен Сидли сравнил разработку для Atari 2600, с ее убогим набором команд, 128 байтами ОЗУ, и 76 тактами на каждую строку пикселей, с восхождением на Эверест без кислородных баллонов: сами ограничения платформы вынуждали программистов изобретать гениальные алгоритмы.

Копнуть поглубже это не только метафора. Исследование классических видеоигр осложняется как недолговечностью носителей, на которых они были записаны, так и отношением к старым играм как к неинтересному мусору. В 1983 Atari вывалила на свалку 47 тонн картриджей для Atari 2600 не меньше десятка полных грузовиков! Раздавленные асфальтовым катком и залитые сверху бетоном, эти картриджи лежали тридцать лет, пока в 2014 цифровые археологи не получили разрешение на раскопки и извлечение уцелевших картриджей. Ни один из выкопанных картриджей не работал, но как минимум один из них удалось восстановить, перепаяв компоненты.

Поведение Atari, залившей картриджи бетоном, чтобы защитить их от расхитителей весьма типично для правообладателей, которые легче предадут свои наработки вечному забвению, чем потерпят упущенную выгоду от того, что их интеллектуальная собственность кому-то достанется бесплатно. Но возможно, еще не поздно защитить виртуальный культурный слой 20-го века, разрешив свободное копирование программ, давно утративших коммерческую ценность?

Источник: habr.com
К списку статей
Опубликовано: 09.07.2020 12:23:49
0

Сейчас читают

Комментариев (0)
Имя
Электронная почта

Блог компании ruvds.com

Алгоритмы

Дизайн игр

Логические игры

Разработка игр

Игры

Игровая механика

Лабиринт

Категории

Последние комментарии

© 2006-2020, personeltest.ru