22 килобайта против 150 гигабайт: каким образом разработчики прошлого умещали игровые вселенные на одну дискету

Поставил на скачивание патч для очередной игры размером более 100 гигабайт. Больше 100 гигабайт исправлений для игры, которая уже занимает на диске место, сопоставимое с цифровым архивом небольшой страны. И тут мне вспомнилось то время, когда 3.5-дюймовую дискету, которую использую как подставку для чашки кофе, объемом всего в 1.44 мегабайта, у меня помещалась целая галактика с сотнями планет. Не демо-версия. Вся игра. Как такое вообще было возможно? Были ли разработчики прошлого гениями, или современные игры стали неоправданно «жирными»?

Маленький размер — маленькие игры

Первое, что приходит на ум: старые игры были маленькими, потому что были примитивными и пустыми. Удобное, но не совсем верное объяснение. Давайте просто сравним цифры.

• The Elder Scrolls II: Daggerfall (1996): размер игрового мира примерно 161 600 квадратных километров (сопоставимо с Англией и Уэльсом).

• The Elder Scrolls V: Skyrim (2011): размер игрового мира примерно 37 квадратных километров.

Мир Daggerfall был в 4300 раз больше мира Skyrim, хотя, справедливости ради, в значительной степени пустом и однообразном, что, однако, не отменяет самого технологического масштаба. Но вся игра занимала на жестком диске в сотни раз меньше места. Подобный парадокс невозможно объяснить одной лишь «плохой графикой». Секрет кроется не в том, что хранилось на диске, а в том, чего там не было.

Процедурная генерация — вселенная из формулы

Главный трюк программирования того времени — процедурная генерация. Разработчики прошлого не хранили на дискете гигабайты карт, городов и подземелий. Они хранили математический алгоритм для их создания.

Как это работало? В основе лежал генератор псевдослучайных чисел и одно-единственное стартовое число — «зерно» (seed). Когда игра должна была создать, например, звездную систему, она брала это «зерно» и пропускала его через каскад математических операций. Остаток от деления одного числа определял количество планет, следующая операция — их тип, третья — расположение. Для создания более сложных объектов, вроде ландшафтов, часто использовались алгоритмы фрактального шума, например, шум Перлина. Этот алгоритм позволял генерировать естественно выглядящие неровности, береговые линии и горные хребты из простого набора математических уравнений.

Результат был предсказуем: с одним и тем же «зерном» вселенная всегда генерировалась одинаковой. Но на диске хранилась не сама вселенная, а лишь ее «ДНК». Эталоном такого подхода стала легендарная Elite (1984). Вся игра, включавшая восемь галактик по 256 планет в каждой, занимала 22 килобайта.

Хотите увидеть этот принцип в действии прямо сейчас? Зайдите в Minecraft, нажмите «Создать новый мир», затем «Дополнительные настройки мира». Видите поле «Ключ для генерации мира» (Seed for the World Generator)? Это и есть то самое «зерно». Одна-единственная фраза или набор цифр, из которого прямо сейчас на ваших глазах родится целая, уникальная вселенная. Если вы поделитесь этим ключом с другом, он сможет сгенерировать на своем компьютере абсолютно идентичный мир. Вот так это и работало.

Визуальная и аудиальная аскеза

Второй принцип — экстремальная экономия на всем, от графики до звука.

Графические трюки. Если какой-либо графический элемент можно было использовать повторно, его использовали. Хрестоматийный пример — Super Mario Bros. (1985), где спрайт облака и спрайт куста являются одним и тем же объектом с разной палитрой цветов. Точно так же работали и враги: многие были просто перекрашенными версиями друг друга. Эти хитрости работы с палитрой позволяли из горстки базовых элементов создавать иллюзию разнообразия.

Аудиальные трюки. Музыка и звук также создавались по принципу генерации, а не хранения. Вместо того чтобы хранить готовые, заранее записанные аудиодорожки, как это делается сейчас, использовалась трекерная музыка (форматы MOD, S3M, XM). Файл такой музыки был, по сути, цифровой партитурой: он содержал набор очень коротких, однократно записанных звуков-сэмплов (удар барабана, нота пианино) и подробные инструкции, когда, с какой высотой и громкостью их воспроизводить. Игровой компьютер в реальном времени синтезировал из этих «атомов» сложную мелодию. Один-единственный сэмпл пианино размером в пару килобайт мог использоваться для проигрывания всей фортепианной партии. Звуковые эффекты часто генерировались еще проще — путем манипуляции базовыми волновыми формами (синус, квадрат, пила), что вообще не требовало хранения сэмплов.

Конечно, Elite и Mario — лишь верхушка айсберга. Вот еще несколько легенд, творивших чудеса оптимизации в пределах пары мегабайт:

• Frontier: Elite II (1993): вся галактика на двух дискетах.
• Sid Meier's Civilization (1991): вся история человечества, от каменного века до полетов к звездам.
• Dune II (1992): игра, породившая целый жанр RTS.
• И многие другие: Starflight, Wasteland, Ultima IV…

Почему мы «потеряли» эти методики?

Так почему же сегодня, имея в тысячи раз больше мощностей, создатели игр не используют эти подходы? Да потому, что современные игры строятся на готовых движках вроде Unreal Engine или Unity. Программисту больше не нужно быть гением ассемблера, чтобы заставить игру работать. Но за удобство мы платим «жирными» библиотеками и стандартными решениями.

В 80-е память стоила целое состояние, а время программиста было относительно дешевым. Сегодня все наоборот. Место на SSD почти ничего не стоит, а человеко-часы разработчиков являются главной статьей расходов. Дешевле и быстрее купить трехмерный объект (например, камень на 500 мегабайт) в онлайн-библиотеке, чем заставить программиста неделю писать для него процедурный генератор. К тому же игроки хотят уникальные, срежиссированные вручную миры с проработанными деталями. Процедурная генерация часто создает красивые, но однообразные и «бездушные» ландшафты.

Современный геймдизайн — это режиссура, где каждый элемент окружения, каждый камушек может быть положен вручную для создания нужной атмосферы, направления взгляда игрока или построения идеальной сцены. Разработчики променяли процедурную бесконечность на возможность полного творческого контроля над своим миром.

Наследие: как «философия дискеты» живет сегодня

Так что, старые трюки окончательно умерли? Вовсе нет. Они не умерли — они эволюционировали и нашли новые ниши. Прямой наследник этой философии — No Man's Sky. Вся ее вселенная с 18 квинтиллионами планет построена на тех же принципах процедурной генерации, что и Elite, только на современном технологическом уровне.

Духовные наследники — это вся инди-сцена. Разработчики-одиночки и маленькие команды, как и их предшественники из 80-х, работают в условиях жестких ограничений. Игры вроде Stardew Valley или The Binding of Isaac — триумф геймдизайна и изобретательности над гигабайтами текстур.

Наконец, самый яркий пример — Minecraft. Одна из самых популярных игр в истории, чьи бесконечные миры рождаются из того самого «зерна», о котором мы говорили. «Философия дискеты» не просто жива, она лежит в основе целых игровых жанров и продолжает вдохновлять новое поколение разработчиков.

Как видим, разработчики прошлого были не просто кодерами. Они были изобретателями, виртуозами кода и математиками, вынужденными создавать элегантные решения не благодаря, а вопреки. Возможно, именно в этом и кроется секрет «души» старых игр: их глубина рождалась не из безграничных возможностей, а из виртуозно преодоленных ограничений. Ведь когда в твоем распоряжении весь мир The Elder Scrolls II: Daggerfall, умещающийся на дискеты, или целая галактика в легендарной Elite, занимающая всего 22 килобайта, — это заставляет мыслить иначе.

А у вас была любимая игра, которая казалась бесконечной, хотя умещалась на одной-двух дискетах?