大开眼界！《多重花园》分享：如何设计"不可能几何体"游戏关卡？
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不可能图形应用在游戏上，往往可以带来惊才绝艳的艺术效果，比如几年前的《纪念碑谷》，就实现了较好又叫座的成绩。2020年，一名独立开发者耗时7年多打造的《多重花园（Manifold Garden）》登陆Steam平台，同样受到了玩家们的认同，好评率达到96%。
然而，这样的游戏关卡设计起来并不容易，由于改变了重力感应机制，开发者往往需要为这些不可能几何体改变设计技巧。
在此前的GDC分享中，《多重花园》开发者William Chyr介绍了游戏关卡设计的挑战和经验，以及如何为不可能几何体做关卡设计的实用技巧。演讲中，他展示了游戏的不断变化和关卡设计随着核心设计改变的过程，还提到了“意图”在建筑学里的重要性。
以下是Gamelook听译的完整内容：
William Chyr：
我是一名在芝加哥的独立游戏开发者，简单介绍一下我的背景，大学的时候我学了物理，作为学生的时候我曾短暂在意大利国立核子物理研究所（Istituto Nazionale di Fisica Nucleare）工作，图片中并不是我的实验室，只是在一台计算机前面的照片，其实没有那么令人兴奋。
毕业之后我从事物理方面的工作，主要是隔热艺术（insulation art），它们基本上就是用大气球做的隔热材料，由艺术中心和科学博物馆委托制作，这件事我做了四年，几乎被定位成了气球男，这是我不想做的。
《多重花园》的关键功能
实际上，在开始现在的项目之前，我并没有玩过游戏。我当时在尝试找其他的媒介，比如玻璃或者金属在游戏里的表现都不是那么好，由于我会一点编程和设计，所以觉得做一款游戏可能是个好的想法。
最开始学习Unity的时候，我以为只需要三个月就可以，但没想到用了三年半。
这个项目叫做《多重花园》，它是一款第一人称探索解谜游戏。
加入了不同寻常的物理、不可能几何体，和疯狂的建筑结构，以上都是游戏内截屏。
我将这款游戏视为物理学的一个隐喻，刚开始的时候，你要学习地心引力是如何工作的，在游戏结尾，你会对宇宙形状有一定的理解。所以，游戏里的解谜从房间内的重力开始，拓展到整个空间。
重力旋转
今天的分享主要聚焦于两个关键功能，分别是遍历（traversal，即重力旋转）和几何体（3D世界缠绕）。
先来说说重力移动，相信很多人都看过诺兰执导的《盗梦空间（Inception）》，故事发生在梦中，它们将巴黎叠加在巴黎本身之上。
随后，我们可以看到两名角色走到了墙上，这时候我就有一个疑问，如果迪卡普里奥（多姆·柯布饰演者）拿出钱包扔下，它会掉到蓝色箭头方向，还是走上墙之前所在的绿色箭头方向？钱包的重力属于那个表面？如果我站在他之前走过的街上，接过他的钱包，这时候钱包会往哪个方向掉？
遗憾的是，电影当中并没有解决这个问题，所以我觉得游戏是探索这种问题非常好的媒介形式。
《盗梦空间》使用了（荷兰图形学大师）M.C.埃舍尔很多作品当中的视觉效果，那个场景基本上借鉴自他的版画“相对性（Relativity）”，《多重花园》最初的名字也叫“相对性”。
接下来我们说说这种重力机制是如何在游戏里使用的：
我们从2D形式开始，这里有四个表面每个表面都有不同颜色（蓝绿红黄），其中的每个物体都属于其中一个颜色和它对应的墙壁，所以，蓝色物体会落到蓝色墙上，红色物体会落到红色的墙上。
并不是所有的重力都同时起作用，哪一个起作用取决于玩家的方向，比如现在玩家在这个面上行走，蓝色重力起作用，其他重力作用都被关闭，那些物体都被冻住。
随后，玩家走到黄墙上，黄色重力起作用，其他重力作用被封住。
这是游戏内效果，玩家走到哪个面上，都会有不同颜色，对应表面的重力就会起作用，这些颜色告诉玩家他们在哪个面，哪个重力作用可以用。
不可能几何体
最开始，你进入游戏是在室内，然后走到了室外。当你跌落的时候，游戏不会黑屏或者判定玩家角色死亡，游戏世界会无限重复，所以你会一直落下去，而且可以有自己的操作。
这个问题我们会稍后谈到，但我们先来说说，什么是不可能几何体？为了今天的演讲，我们将其定义为“在现实生活中我们看不到的奇怪几何体”。这样的物体是很难生成的，另外，我会重点讲述在《多重花园》研发过程中的几何体以及玩法机制带来的问题和挑战。
需要强调的是，不可能几何体并不是非欧几里得几何体。欧几里得几何体就是平面空间，就像两点之间最短的距离是直线、三角形角度之和是180度，以及平行线永不相交。
非欧几里得几何体指的是它（欧几里得几何体）之外的任何东西。比如双曲线（Hyperbolic）、椭圆等等，但它们并不是那么非同寻常，所以，当你在一个球面画三角形，就会发现它们的角度之和并不是180。
最好的例子是地球，如果你在平面上画三角，角度之和是190度，但如果是在地球仪上画一个三角，非欧几里得属性就会开始显现。
2D世界缠绕
我们再说2D世界缠绕，在这款射击游戏里，如果你到了底部，就会被传送到顶部，如果到了最右侧，就会被传送到最左边。
这就是两个环面。
我们看这个动图，这样做的目标是让通道看起来是无缝衔接的，我们将上下方和左右放粘在一起，如右侧的动图所示，它最后会成为一个甜甜圈形状。
这实际上就是两个环面，这就是2D世界缠绕。
3D世界缠绕
但是，我们需要更进一步，我们需要了解3D世界缠绕。我来解释一下如何将上下与左右结合起来，这两组实际上就是两个环面，但如果是3个环面该怎么办？
对于3D，我们需要用箱体展示，而不是平面。这时候，我们将顶部和底部粘贴在一起，然后将左右面、前后面粘贴，这时候该怎么将它视觉化呢？我也不知道，这很困难，可能需要四维空间来实现。
在2D世界构建的过程中，你实际上是在3D甜甜圈2D表面上行走的2D角色；在3D世界构建中，你是走在4D甜甜圈3D表面的3D角色。
虽然很难将4D甜甜圈的结构视觉化，但我们可以将其表面之内可能的样子视觉化。这是地球的3D模型看起来的样子，如果是4D，那么它看起来就像是这样：
因为你不仅要向左右看，还会向周围看。所以你会看到很多重复，它们都是同一个地球。
这是带有网格的版本。
这是游戏截屏，可以看到它长什么样。
这是另一个案例，它是一个持续不断的建筑。
这是你在关卡中掉落时的样子，关卡会不断自我重复。
这就带来了一些有趣的物理现象，比如我们拿一个盒子把它扔下窗台，你会同时看到这个盒子在你的上方和下方。
很多游戏都有瀑布，这是我画的瀑布，在《多重花园》当中，实际上没有瀑布，只有水环。
这是水环的游戏内互动截图
如果你对这个话题感兴趣，一本很有趣的书是Jeffrey R. Weeks写的“The Shape of Space”。
还可以到GeometryGames.org，这里有很多小游戏可以帮你对这种几何体进行视觉化，有2D案例，也有3D案例。
3D世界缠绕是如何增加到《多重花园》当中的？
最开始的时候，游戏只是和重力移动相关的机制，你要做的只是去不同表面，将箱子推到按钮上，解决谜题。但问题在于，这很容易让人们感到困惑，玩家往往不知道他们丢掉箱子之后，它会落在哪里，所以要增加箱子阴影。
因此，我增加了定向光，以呈现箱子的阴影。然后人们问，光来自哪里？
于是，我增加了窗户，为这些阴影提供光源。
有了这些窗户，人们就可以向外看，这并非有意为之，我只是做了大量的房间和场景。然而，所有人都对外面的事情很感兴趣，想要走到外面探索。一开始我是不想这么做的，因为会增加游戏复杂度，但经不住人们不断地要求，因此最后还是增加了允许玩家走出去的功能。
这就带来了一个问题，玩家们会在这个世界里跌落，我不希望在游戏里增加禁区，有些游戏对边缘进行了保护，你永远都走不到某些区域。可是我不想那么做，我希望玩家所见即所得，远处看见一座山，随后你就可以登上去。
我不能在天空做任何东西，因为这意味着需要加入额外的内容。
空白的天空看起来有些枯燥，我增加过一个蓝天箱体，但看起来很糟糕。
有一天我突然意识到，通过3D世界缠绕，我有可能解决这个问题，我可以在天空中做内容，它不一定是新内容，还可以让玩家到达那里，这就解决了蓝天空白的问题，还让整个关卡更加有趣。
这给之前的而一些问题创造了意料不到的解决方案。
这是埃舍尔的作品“Cubic Space Division”，游戏最初的灵感就是在埃舍尔的一个作品基础上创作，我希望将这个关卡也加入到游戏之中。
这是2013年7月最初设计的关卡，没有世界缠绕，实际上直到研发一年半才加入缠绕。这时候的关卡玩起来很令人痛苦，因为到处看起来都一样，而且当你掉落的时候，会降落在地板上，因为这个关卡在房间里，所以是有地板的。这样做很乏味，因为你跌落之后还要重新开始走一遍。
另一个问题是，为了让关卡更有趣，你还必须扩大关卡规模，可问题是这会增加游戏内导航的复杂性，而且没有乐趣，所以我放弃了。
有了世界缠绕之后，一切问题都消失了，这是2015年12月的关卡截图：
这时候玩家根本没有可能迷失，因为无论朝任何方向走，你都在远离起始点，并且离某个物体越来越近。它还意味着我可以无限制增加关卡规模，不仅不会带来导航复杂性，实际上还去掉了复杂性，给玩家带来了更有趣的关卡体验，因为这在游戏是不常见的。
这是我之前想要放在游戏里却无法实现的东西，我觉得这些阶梯如果无限制延伸会很有趣。
有了世界缠绕之后，一切都有了可能，你可以不断地攀爬阶梯向上走，如果你到了底部是没有成就的。
这个阶梯是不断重复的，如果你从右侧底部掉落，就会出现在左侧顶部，因为偶我们所有东西都是在网格当中。
之所以这么做，是因为，当你走下阶梯的时候，并不只是朝下，而是朝下且前进。
新问题
当然，增加世界缠绕也带来了新问题，其中一个就是闸门。
基本上，玩家走出去之后，内部关卡就打开了，你可以走到任何地方，玩家甚至可以跳过这些关卡直接到最后。
我们用2D形式距离，假设我们想要让玩家得到星星，但只是走过去拿到就太简单了，所以我们增加一堵墙，这时候玩家可能需要找到一把钥匙开锁，或者学会二连跳越过墙体。有了世界缠绕之后，墙壁就不再是问题，他们可以在最右侧跳下，然后就能出现在星星旁边，这就让谜题设计没有了意义。
在《上古卷轴：天际》当中，走出房间之后，你可以到达地图上的任何地方。
随后进入地牢，它就成为了一个非常线性化的体验。
我实际上将它带到了自己的游戏里，所以当你走出房间之后，就可以到任何地方。
当你到了有谜题的地方，它就变成了线性通道，这就可以避免玩家跳过关键区域。
另一个问题是，你会发现高度和方向没有了意义。
很多游戏都会有一座塔，你得到一个任务，与某个NPC在塔下相见。
我们用2D距离，星星在塔的左侧附近，加入了世界缠绕之后，方向就没有了意义，因为星星在塔（本身）的右侧，这时候的塔是没有意义的，它没有高度，确切说是没有根基。
这是游戏里没有地基的建筑，一切方向都会显得非常混乱。
我的方案是接受现实，充分利用几何体的优势而不是放弃它。比如设计成放射状，这样你可以有更多的方式解决谜题，而不是原来只能按照固定方向。
不可能几何体关卡设计技巧
宏观技巧
接下来我想分享一些我认为有用的技巧，主要分为宏观和微观两个方面，宏观指的是关卡全局方面的东西，微观则是时时刻刻的东西。
宏观层面，有标志性的部分，也就是整体布局；还需要给关卡增加逻辑。微观层面，你需要加入故意为之的建筑结构，还要利用建筑学元素的规律。
这些都是比较有标志性的部分，大致上能够看到建筑看起来的样子。
当你按照埃舍尔的方法设计关卡的时候，增加大量的梯子让玩家应接不暇是很重要的。
但这种方法在关卡设计中行不通。
比如这是我最开始设计的开放关卡，有很多的楼梯和复杂的结构，看起来很有埃舍尔范儿。
然而，如果你要问我这个关卡的标志性部分是什么，看起来就会很混乱。
这是同样的关卡，现在可以看到它是一个被四块土地围绕的中央塔。
这个方法比较好的一点是，你可以从任何方向看出布局，而且我在游戏里没做小地图，你可以直接看到建筑结构，这对游戏设计很有帮助。
第二个宏观技巧是关卡逻辑，开放关卡都有一些房间教玩家游戏机制，然后让他们走出去。
最初测试的时候，我们的玩家有些人擅长解谜游戏，还有些人没玩过，玩过解谜游戏的可能10分钟就能通过，没玩过的可能需要30分钟甚至40分钟。
走出去之后，两组用户之间的差距就没那么明显了。主要是因为内部房间和外部房间的设计之间没有逻辑，它们是随机的。
不过，有了标志性部分之后，你就可以依次到四块土地解决谜题，然后回到中央平台。所以，为一个关卡增加逻辑是很重要的。
微观技巧
微观层面，我们该如何指引玩家走到对的地方呢？
目的性建筑结构
我的方法是在平台边缘增加一些指向性的物体而不是直接堵住，比如有方向的楼梯。
这样做的原因是，你在中央塔上，我想要你到蓝色地块解开谜题拿到星星。这时候我需要玩家旋转重力到达那里。
你必须从边缘物体跳跃到目标地块。
问题在于，你并不知道这个障碍物具体在做什么，实际案例中，很多人走到这里四处张望，然后选择了离开，这件障碍物并没有能告诉玩家它存在的目的是什么。
如果是一个台阶，我就可以走上去，然后进入重力旋转区域，就能看到下方的物品。所以，障碍物和台阶的区别在于，后者可以告诉你该怎么做。
第二个微观技巧是利用建筑结构规律。
这是游戏里的走廊最常见的样子，这是有问题的，因为你可以改变重力方向，将房顶变成地板，很多第一人称游戏都不会让玩家向上看，所以他们走到这里就以为是死胡同。
另一个问题是，当你走回去的时候，走廊看起来和之前一样，考虑到重力旋转，很容易让玩家走到之前去过的房间。
所以，当我在关卡中增加窗户的时候，它们之间的长度是相同的。之前把关卡展示给一个朋友，他建议我将外部的窗户延长，这样当你到走廊尽头就可以看到明亮的东西，窗户就会引导你的眼睛看到方向，这就解决了之前的走廊问题，让玩家向上看。
这也解决了走回去的问题，因为当你走回去的时候，因为窗户的存在，你可以分辨走廊的方向，我不希望让玩家迷失在走廊中。
总结
拥抱几何体，不要反其道而行之。因为，你会发现它可以为之前无解的问题带来意想不到的解决方案。
你需要重新思考很多东西，比如闸门，方向。
充分利用清晰的关卡布局，在关卡中创造逻辑，让玩家通过观察知道接下来该去哪里。
你还需要做目标建筑结构，放在游戏里的任何东西，都要告诉玩家如何使用它。
利用公认的规律让玩家可以用来发现他们需要走向哪里，很多玩过《多重花园》的人告诉我，他们原本觉得游戏玩起来会让人困惑，但实际体验之后发现感觉还不错。
最后，我希望同行们不要害怕拥有更大的梦想。
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