Игровая механика

Дневник разработчика

Сделать фэнтези-настолку "просто".
Бросаешь кубик, добавляешь урон, выкладываешь артефакт, побеждаешь.
Скучно, как третий бой с кабанами в любом MMORPG.

А теперь представь:

• Каждое заклинание — это личная формула, которую ты собираешь буквально на ходу

• Каждая ошибка — это ты, падающий в бездну, потому что карта под тобой рассыпалась

• И да, у магов нет ХП. Здесь тебя не убивают — тебя сбрасывают за грань реальности

Мы хотели честную магию.

Не эту RPG-шную жвачку про “+3 к касту по нежити”.
А такую, где ты сам выбираешь, какую структуру намерения способен удержать, и потом в real-time проверяешь: а правда ли ты на это способен?

Спойлер: нет.
Ты хотел шальной метеор — а собрал "ритуал самосожжения" и теперь летишь в бездну со своими амбициями.

Всё началось с кубиков.

Мы дали игроку пять d6. Типа “собери шаблон, кастуй и радуйся”. Но стало понятно: это не магия. Это Excel с иллюзией выбора.

Мы пробовали добавить цвета.
Сделали шаблоны.
Ввели элементы.
Почти превратили всё в roll'n'fill на нервах. И только когда начали ограничивать то, ЧТО ты можешь собрать, стало интересно.

Добро пожаловать в структуру.

У каждого мага — внутренний предел.
Хочешь собрать быстрый каст? Окей, у тебя только одна “единичка”.
Хочешь крит? Надо было родиться под другой луной.

Ты больше не всемогущий волшебник.
Ты — набор несовершенств, с которых надо вылепить рабочий каст.

А теперь добавь real-time, collapsing map и перекрёстные заклинания.

(Мы добавили. Никому не понравилось. Нам — особенно.)

Итог?

Ты стоишь на гексе с энтропией 2.
Под тобой уже хрустит.
Ты влетаешь в бой с 12 энергией.
Видишь, как противник собирает ярко-красный каст.
Ты мог бы отразить его.
Но ты же “мастер урона”, да?

И вот ты летишь в пустоту.
А за тобой — гекс.

Если вы дочитали до этого места и чувствуете, что "тут явно что-то закопано" — вы правы.
Эта статья — завуалированная архитектура боевой системы, над которой мы бьёмся уже не первый день.

Пока не могу выкладывать всё — слишком рано, слишком важно и страшно :)
Но я не веду в туман ради хайпа — просто хочу сделать её такой, какой она заслуживает быть.

Если интересно — следите. Я обязательно начну раскрывать детали, когда игровой мир будет готов (и гексы — укреплены).

Благодарю за внимание!

(Продолжение следует)

Техномагии уделено много внимания в нашем стимпанковом сеттинге для “Дневника авантюриста”. Это одна из интереснейших фишек Города Парового Солнца, и одна из обширнейших глав в книге правил) Мы не раз публиковали посты с интересными подробностями и кусочками лора, но сегодня для вашего удобства мы собрали всю ключевую информацию о техномагии и ее аспектах в одной статье. В ней вы найдете расширенные по сравнению с постами описания и, конечно, много иллюстраций от наших художников. Тем не менее, у нас есть и будет еще достаточно историй, не попавших в статью, так что подписывайтесь, если вы еще не с нами ;) Ну а здесь можно найти наши книги правил с тремя готовыми приключениями и “Быстрый старт” по свободной цене:

https://rpgbook.ru/steam_sun_games

https://www.drivethrurpg.com/en/publisher/12078/Steam-Sun-Ga...

Людям так и не удалось освоить классическое колдовство, которым владеют прибывшие в город демоны. Однако исследования профессора Чарльза Стрейнджлава дали толчок к развитию техномагии — дисциплины, сочетающей природный талант человека, мощь специального обмундирования и навыки вычисления сигнатур заклинаний. Персонажу с этим мистическим даром кроме необходимых навыков потребуются специальные гаджеты.

Техномагия

Эпоха техномагии началась в 1882 году после революционного открытия профессора Чарльза Стрейнджлава. В отличие от классических магов, техномаги творят заклинания, используя не способности своего организма, а специально разработанное оборудование. Для применения любой силы техномагу требуется ввести в программатор определённый набор значений, базой для которого является сигнатура силы. В принципе, сигнатуры известны, и добыть их чаще всего несложно. Но для того, чтобы сила сработала, необходимо точно подстроить сигнатуру, учитывая огромное количество факторов. Именно способность чувствовать необходимые параметры на уровне интуиции и является тем фактором, который отделяет людей, способных стать техномагами, от людей, не способных к этому.

Базовый комплект техномага состоит из трёх предметов: батареи, энергия которой расходуется на применение сил, программатора, управляющего блока для подстройки и хранения параметров и сигнатур, и излучателя с комплексом фокусирующих линз, от которого зависит эффективность применяемых сил. Для сил, связанных со зрением, необходимы ещё специально изготовленные гогглы, также используемые для определения потоков силы и изучения магического фона, без них техномаг будет несколько ограничен в возможностях. А для того, чтобы применять силы, дающие длительный эффект, нужен специальный резонаторный контур, вшиваемый в одежду или броню техномага и его союзников.

Как и все изобретения в Городе Парового Солнца, оборудование техномагов может быть собрано и улучшено с помощью различных деталей и компонентов и, как и все прочее оборудование, подвержено риску неполадок и может ремонтироваться.

Магомеханика

Первое время после открытия принципов техномагии её воспринимали как новое оружие и поле работы для теоретиков, но не более того, однако вскоре стало понятно, что техномагия способна на большее. В 1883 году в Университете открылся первый краткий курс для желающих научиться новой дисциплине, и десятки энтузиастов стали экспериментировать и искать сигнатуры для техномагического оборудования, дающие новые эффекты. Самым важным открытием этого периода стал набор настроек, позволяющий аккуратно обрабатывать и формовать твёрдые материалы, такие как камень и металлы.

Первыми эту сигнатуру начали использовать ювелиры и скульпторы, и изящные украшения, статуэтки и другие произведения искусства, созданные с помощью техномагии, стали невероятно модными в высшем свете как в Паутине, так и в большом мире.

Но что важнее, появилась возможность придавать принципиально новые свойства материалам и создавать устройства, невозможные в рамках классической механики, а иногда и нарушающие законы физики. Магомеханики смогли создать человекоподобные автоматоны, техномагические двигатели, мощные перезаряжаемые батареи.

В игре персонажам с соответствующей чертой открываются поистине фантастические возможности. Они могут создавать и настраивать собственное техномагическое оборудование (например, навеску техномага, пистоли со встроенными заклинаниями, системы безопасности), программировать автоматонов, чинить то, что по идее не подлежит ремонту, и создавать прорывные изобретения, выходящие за пределы возможностей текущей науки.

Кстати, с магомеханикой связан забавный факт: собрать простейшие программатор и излучатель способен практически кто угодно, нужно лишь знать основные принципы и иметь прямые руки. А вот для создания более качественного оборудования уже требуется техномагическая обработка материалов, и зачастую получается так, что недостаточно талантливый магомеханик не способен создать себе более качественные инструменты с помощью имеющихся, что вынуждает его обращаться к более успешным коллегам.

Выдающиеся магомеханики, занимающиеся передовыми разработками на стыке классической науки и техномагии, могут считать своим вторым домом не только Университет, но и Гильдию магомехаников. Эта организация помогает им найти клиентов, предоставляет юридическую помощь, ведет учет магомеханников и их бесконечных изобретений. Впрочем, зачастую магомеханики (особенно те, которые уже создали себе имя) предпочитают не платить гильдейские взносы и выходят из ее состава.

Инженеры плоти

Самым сложным материалом для техномагической обработки является живая плоть, но некоторые техномаги постигают и это. Они занимаются развитием медицины, в частности созданием и приращиванием магомеханических протезов, чтобы они полноценно заменяли утраченную часть тела.

Идея механических протезов, полноценно заменяющих части тела, будоражила умы изобретателей задолго до начала Века Разума, но только учёные Паутины всерьёз продвинулись в этом направлении. Вначале появились более простые протезы с часовыми механизмами, но настоящий прорыв случился в 1887 году, когда на ассамблее Гильдии магомехаников был представлен психоэфирный проводник — устройство, позволяющее управлять техномагическим протезом с такой точностью, будто это родная конечность человека. А в дальнейшем с помощью этой технологии удалось даже восстановить утерянное зрение и заменить органы.

Сейчас в Паутине такие протезы — достаточно обычное дело для тех, кто может себе это позволить. Они работают от техномагических батарей и могут иметь различные модификации, такие как встроенные усилители, инструменты и даже оружие. Например, профессор Чарльз Стрейнджлав, первооткрыватель техномагии, когда магомеханика развилась до нужного уровня, сделал себе протез левой руки, в который встроил весь техномагический комплект оборудования, а также ещё ряд полезных приспособлений. Канцлер Корнаро оплатил своему помощнику Захарии Деларю лучший доступный протез для глаза со специальной системой светоулавливающих линз, и протез руки — тоже со скрытыми сюрпризами) Возможностей для кастомизации довольно много, по правилам Города Парового Солнца вы можете создавать протезы по своему вкусу, например, в механические ноги могут быть встроены пневмоподошвы, дающие возможность усиленного прыжка.

А после бунта рабочих, поднятого Мастером Клэппом, потерявшим руку и не получившим в то время достойного возмещения, крупные фирмы стали финансировать операции по магомеханическому протезированию для ценных рабочих, которые пострадали на производстве. Поэтому теперь и в рабочих кварталах можно увидеть немало людей с искусственными руками или ногами, но их качество и функционал, конечно, попроще.

Привет, Kasoda на связи! Многие знают меня как ненавистника всего и вся, но на самом деле это не правда. Мы любим D&D как ничто другое, поэтому направили наши силы в созидательном ключе и создали весьма объёмное дополнение для D&D 5e. Создание проекта заняло чуть больше четырех месяцев, но мы довольны результатом. Надеемся, что будете и вы!
Герои в D&D известны тем, что постоянно спасают мир от сил зла и спасают мирных жителей от чьей-либо тирании. Но скажите честно, неужели вам никогда не хотелось… поиграть за тёмную сторону?

Ну, даже если и нет, то можете проследовать на наш бусти и абсолютно бесплатно ознакомиться с новыми правилами и ситуациями, способными сильно разнообразить ваши игры! Для тех кто хочет быстро ознакомиться с содержанием, но не хочет качать файл, можете посмотреть на скрин ниже. А для остальных, давайте-ка пройдемся по нему подробнее!

🎻Бард Величайшего Искушения

Наконец-то подкласс для соблазнения драконов! Хотя, думаю одними драконами ваша фантазия не ограничится. Барды Величайшего Искушения хороши в поддержке своих союзников и могут мастерски играть на чувствах врагов, оставляя на их телах своё подчиняющее клеймо. Заставьте всех в мире преклониться перед вами!

🍗Варвар Демонического Пожирания

Даже самые могущественные мира сего выглядят не столь угрожающе, когда лежат разделанными и пожаренными на его праздничном столе. Пожирайте слабых, набирайте очки сытости и тратьте их на применение боевых способностей и поглощайте своих врагов, перенимая их уникальные особенности! Приятного аппетита!

🔱Воин Чемпион Преисподней

Добро пожаловать в Девять Преисподних! Теперь вы стали частью великой космической силы и получили возможность продвижения по дьявольской иерархии, и мы ждем от вас результатов! Переломите ход Войны Крови собственными руками или умрите в процессе! Награда за верность будет соответствующей)

👹Волшебник Демонолог

Что, если кому-то удастся отколоть кусочек от слоя Бездны, создать собственного демонического прислужника и впоследствии стать Лордом Демонов в ходе магического ритуала невиданных масштабов? Ну, вы сможете сами ответить на этот вопрос, если попробуете поиграть за этот подкласс!

🦠Друид Круга слизи

Лучший друг бардов Величайшего Искушения, вы сами знаете, почему) Превращайтесь в куб слизи, порождайте слизь и заплевывайте противников кислотой! Облачитесь в облик одного из самых знаменитых монстров этой легендарной ролевой игры!

🌈Жрец Элементального Хаоса

Подчините себе мощь одной из четырех стихий и устраивайте настоящие стихийные бедствия! Превращайтесь в элементалей и поражайте врагов мощью своей стихии! Ну и да... РАСШИРЕНИЕ ТЕРРИТОРИИ! Поймете, когда прочтете ;)

🌊Покровитель колдуна Река Стикс

С вами когда-нибудь говорила река? Ну, темные воды Стикса едва ли можно назвать обычными. Станьте слугой скрытого предводителя Войны Крови и пожирайте воспоминания существ, преподнося их в жертву своему покровителю!

📿Монах демонического Возвышения

Смертные всегда подражали другим существам в попытке достигнуть их мощи и превзойти свои пределы. Но что, если образцом для подражания станут демоны? Пройдите демоническую трансформацию и станьте высшим демоном, поравнявшись с могущественнейшими существами мультивселенной!

💵Паладин Клятвы Алчности

Деньги-деньги-деньги! Этим миром правят деньги, и вы нисколько не стесняетесь этой истины! Обращайте павших врагов в золото и обращайте это золото в боль своих врагов! Пусть Маммон гордится вами!

🎯 Плут Охотника Геенны

Скрытый охотник, от чьего взгляда не скрыться. Секретные техники обучения юголотов сделали из вас настоящую машину по устранению любых целей. Записывайте имена существ в свои черный список и выслеживайте их одним взглядом на мировую карту. Никому не скрыться от вашего вездесущего взгляда!

🐗Следопыт Свирепого Зверя

Цивилизации изжили себя! Болезни, мутации, слабость - все эти пороки должны быть выжжены с корнем! Сотрите с лица земли все очаги цивилизации и обратитесь свирепым зверем, чья магическая сила и пульсирующие ей мускулы способны свести на ноль всю историю развития смертных народов! и

🩸Чародей Наследия Дьявольской Крови

Пробудите дремлющие в вас силы и займите свое место в дьявольской иерархии! Наращивайте силы, командуйте низшими дьяволами, заключайте дьявольские контракты и зарабатывайте монеты души для повышения своих подчиненных

Тёмные благословления заняли очень много времени и места в нашей книге. В этой части мы представили правила для выдачи темных демонических даров персонажам. Однако помните, что благословления не всегда несут пользу! Например демонический дар Чазма может сильно поменять вашу внешность, вырастив на вашем лице уродливый хоботок через который вам потребуется постоянно подпитывать неугасаемую жажду голода.

Данный пункт позволяет использовать даже самых слабых демонов и дьяволов как страшных врагов, способных даровать персонажам игроков дары, о которых они будут жалеть! Или же плюсы многократно перевесят минусы? Темные дары все-таки не зря созданы такими соблазнительными!

Дьявольские же благословления будут приятны любому игроку, но не забывайте что дьяволы крайне хитры, и порой не всегда понятно, насколько плохую сделку ты заключил.(кстати правила заключения дьявольских контрактов мы так же завезли)

Вас ждет информация о Бездне, о бесконечной эволюции демонов и способе стать Лордом Демонов, а также множество связанных с этим механик. Мы расскажем об устройстве Девяти Преисподних и их обитателях, расскажем обо всех 9 кругах и правящих ими Лордах Девяти. Также не стоит забывать про юголотов! Про них не так уж и много информации, словно про этих ребят все забыли, так что у них здесь тоже будет минутка славы. Многие вещи были доработаны и расширены, чтобы разнообразить ваши игры, так что надеемся, что вы оцените.

Вся представленная здесь лорная информация была отобрана по крупицам из старых книг и максимально актуализирована под современный лор и мироустройство. Многие Лорды Демонов явились прямиком из прошлого, как например Малкантет, других же мы придумали сами. Ходячие демонические замки, орды демонических аберраций и прочие ужасы уже ждут вас! Ну и да, важно отметить, что многие описанные здесь сущности могут выступать не только в качестве врагов или покровителей в злых кампаниях. Многие из них имеют весьма благородные цели и могут использоваться вами в любых кампаниях.

Ну про третью главу я не вижу смысла особо говорить) Это нужно увидеть самим! Я лишь должен сказать что вас ожидает возможность превратиться в ту самую легендарную ловушку из фильмов про известного археолога, призывающие безумствующие подсолнухи друиды и множество новых слов силы, которые отражают в себе могущественную магию и знания древних мудрецов! Ну и конечно же мы не можем не сказать об опциональных правилах по призыву исчадий, если вы захотите добавить искру случайности в повседневную жизнь своего волшебника-демонолога! Или не волшебника? Ведь демонов призывают все!

Вас ждет более 30 новых заклинаний и магических предметов, призванных увеличить ваш боевой арсенал и сблизить с тематикой Нижних Планов. В конце концов, разве уважающий себя демонолог отправиться на дело без посоха зла и добра?

Четвертая глава посвящена Истинным Именам и Мировому Языку. Вас ждет механика изучение языка самой вселенной и способ его использования. Управляйте предметами и существами, просто выкрикивая их имена и названия! Изучайте Истинные Имена своих заклятых врагов и подчиняйте их своей воле!

Пятая глава рассказывает о покровителях и углубляет эту тему. Вас ждет механика для становления покровителем и их возможные мотивы, а также возможность для персонажей игроков самим стать чьим-нибудь покровителем! Наконец-то вы сможете стать той самой таинственной личностью в углу таверны и раздавать квесты!

Ну и завершающая шестая глава - Бестиарий. Вас ждут новые и переработанные старые монстры, разумеется все они исчадия. Или не все? Вас ждут Драконы Хаоса, Ходячие Замки, вырывающие из себя целые башни с засевшими внутри демонами и швыряющие их во врагов, Обезумевшие Ростки Мирового Древа и Убитые горем Теневые Лорды, стремящиеся отомстить еще большему злу за свое унижение! Демоны страха и голода, новые виды суккубов, целые орды демонических абераций и их монструозный мозговитый предводитель, и много кто еще! Нижние Планы сплошь и рядом пропитаны безумием, ужасом и отчаянием - так насладитесь же этим букетом сполна! Ну а если вас не впечатлило все вышесказанное, предлагаю встретиться лицом к лицу с Лордами Девяти с Асмодеем во главе! Поверьте, вы еще нескоро забудете эту встречу.

Ну вот и все! Надеюсь, мне удалось вас заинтересовать, и вы прочтете нашу книгу. Ниже самой книги на бусти будет прикреплён пак с иллюстрациями монстров из бестиария. Можете просто полюбоваться ими, а можете использовать для создания своих токенов или чего еще на ваше усмотрение. Так же не забывайте что на том же бусти есть ещё много другого нашего контента, как реворки существующих архетипов, так и оригинальный контент.

Поздравляем всех с Днем Мастера Подземелий и надеемся, что наш сегодняшний пост станет источником вдохновения и идей для ваших игровых сюжетов и данжей!

Итак, если ваш персонаж показал себя выдающимся изобретателем или учёным и получил приглашение в Братство Шести Ключей, то это дает ему привилегию получить одного из особых магомеханических питомцев. Вот примеры стандартных автоматонов Братства:

1.Модель EB-18.28.Q «Ананси», универсальный помощник.

Автоматон для помощи в лаборатории или вне её. Представляет собой паука с дополнительными конечностями-манипуляторами, оснащенными инструментами... и отмычками)

2.Модель HD-19.03.M «Слейпнир», механический скакун.

Модный транспорт для тех, кто хочет выделяться на улицах города. Но помните, что он притягивает и завистливые взгляды, что не всегда полезно для владельца. Также не стоит недооценивать и силу копыт)

3.Модель CM-18.99.B «Хануман», телохранитель.

Боевой автоматон в виде примата. Оснащён двумя лезвиями из красной стали (по одному на каждой руке). Его алгоритмы позволяют автоматически распознать угрозу, а также узнавать и защищать людей, имеющих при себе специально настроенные техномагические маячки.

4.Модель EE-19.31.S «Хугин», птица-шпион.

Небольшая летающая механическая птица, используемая для разведки. Обычно изготавливается в виде ворона или совы, но по запросу может быть выполнена и в виде другой птицы. Хугин оснащён миниатюрной кинокамерой, записывающей на катушку плёнки до 30 минут изображения без звука, а также проектором, позволяющим проиграть запись.

Полное описание этих механических питомцев с игровыми характеристиками есть в ВК Донат и на Бусти.

А в скором времени мы расскажем о другом необычном автоматоне и его не менее интересном хозяине)

Случайность – неотъемлемый элемент современного игрового процесса. От распределения лута до генерации уровней – случайные события влияют на динамику, баланс и реиграбельность. Ниже рассмотрены ключевые подходы к реализации случайности, математические основы и наиболее популярные алгоритмы.

Применение случайности в играх

• Генерация контента. Процедурное создание карт, уровней и миссий позволяет разработчикам создавать бесконечное множество уникальных сценариев.

• Игровая механика. Распределение лута, шанс на критический удар, поведение AI – все эти элементы зависят от качественного рандома.

• Баланс и динамика. Случайные события помогают избежать предсказуемости, делая игровой процесс более захватывающим и адаптивным к стилю игрока.

Математическая природа случайности

Большинство игр используют так называемые псевдослучайные числа, которые генерируются с помощью специальных алгоритмов. В отличие от настоящей случайности, которая требует использования внешних источников хаоса (например, шумов или физических процессов), псевдослучайные числа создаются детерминированными программными методами. Это значит, что если задать одинаковое начальное значение (seed), алгоритм всегда выдаст одну и ту же последовательность чисел. Такая воспроизводимость крайне полезна для тестирования и отладки игр, а также для синхронизации событий в мультиплеерных сессиях, где важно, чтобы все игроки видели одинаковые результаты случайных процессов.

Алгоритмы генерации случайных чисел

Линейный конгруэнтный генератор (LCG)

LCG – один из самых простых и быстрых алгоритмов для генерации псевдослучайных чисел. Он работает по следующей формуле:

Как работает LCG

1. Инициализация:
   Алгоритм начинается с исходного числа (X0), которое выбирается как seed.

2. Рекурсия:
   На каждом шаге вычисляется новое значение по формуле. Операция взятия по модулю гарантирует, что результат всегда остаётся в пределах заданного диапазона.

3. Генерация последовательности:
   Процесс повторяется, и получается последовательность чисел, которая кажется случайной, если смотреть на отдельные значения.

Преимущества LCG

• Простота реализации:
  Алгоритм требует минимального объёма кода и легко реализуется практически на любом языке программирования. Зачастую стандартная библиотека Random реализует именно такой подход

• Высокая скорость:
  Основные операции (умножение, сложение, операция по модулю) выполняются очень быстро, что делает алгоритм подходящим для задач, где важна производительность.

Недостатки и ограничения

• Короткий период повторения:
  Поскольку множество возможных состояний ограничено (от 0 до m−1), последовательность рано или поздно начинает повторяться. При неправильном выборе параметров период может быть слишком коротким, что приводит к предсказуемости.

• Корреляция между значениями:
  Сгенерированные числа могут быть статистически зависимыми. Это особенно заметно при использовании LCG для многомерного моделирования, где точки могут выстраиваться в определённые шаблоны или линии, а не распределяться равномерно.

• Чувствительность к параметрам:
  Чтобы достичь максимально возможного периода и хорошего качества случайности, необходимо тщательно подбирать значения m, a и c. Неправильная комбинация может привести к существенным искажениям в распределении чисел.

• Ограниченность для сложных задач:
  Для задач, где качество случайности критично (например, в криптографии, симуляциях физических процессов или азартных играх), LCG не подходит. Его предсказуемость и недостаточная сложность могут стать уязвимостью или привести к неверным результатам.

• Опасность взлома:

  LCG достаточно просто взломать, всего по первым 3-5 числам, а если увеличить количество входных данных, то это можно будет сделать даже на стареньком ноуте.

Mersenne Twister

Один из самых популярных алгоритмов в разработке игр. Он обладает чрезвычайно длинным периодом (2¹⁹⁹³⁷ − 1) и обеспечивает равномерное распределение. Благодаря сбалансированному соотношению между качеством и скоростью, Mersenne Twister применяется во многих игровых движках.

Как работает алгоритм

• Массив состояний:
  Алгоритм использует внутренний массив из 624 целочисленных значений, который представляет текущее состояние генератора. При каждом обновлении этого массива используются значения предыдущих элементов для вычисления новых.

• Рекуррентное обновление:
  Новый элемент состояния вычисляется с помощью линейной рекурсии, где используются битовые операции. Эта стадия обеспечивает быстрый переход от одного состояния к другому, что позволяет быстро генерировать большое количество чисел.

• Процесс "темперирования":
  После обновления состояния полученные числа проходят через серию битовых преобразований – так называемый процесс темперирования. Эти операции (битовые сдвиги, XOR и маскирование) устраняют возможные корреляции между соседними числами, обеспечивая равномерное распределение по всему диапазону.

Основные преимущества

• Чрезвычайно длинный период:
  С периодом в 219937−12^{19937} - 1219937−1 последовательность чисел повторяется настолько редко, что для большинства практических задач в играх повторение практически не происходит.

• Равномерное распределение:
  Алгоритм гарантирует равномерное распределение чисел в 623 измерениях, что критически важно для симуляций, процедурной генерации уровней и других аспектов игрового дизайна.

• Баланс между скоростью и качеством:
  Благодаря оптимизации операций на битовом уровне, Mersenne Twister способен быстро генерировать случайные числа без ущерба для их статистического качества. Это делает его идеальным для игровых движков, где производительность имеет решающее значение.

Ограничения

• Не для криптографии:
  Хотя алгоритм отлично справляется с задачами общего назначения, его не следует использовать там, где требуется криптографическая стойкость. При наличии достаточных данных о состоянии генератора, его последовательность можно предсказать.

• Потребление памяти:
  Использование массива из 624 чисел может быть незначительной проблемой в большинстве игр, но для встроенных систем с ограниченными ресурсами это может стать важным фактором.

XORShift

XORShift – это алгоритм генерации псевдослучайных чисел, который основан исключительно на битовых операциях: XOR (исключающее ИЛИ) и битовых сдвигах. Его простота и эффективность делают его привлекательным для задач, где критична производительность.

Основной принцип работы

• Инициализация состояния:
  Алгоритм использует внутреннее целочисленное состояние (или набор состояний), которое инициализируется исходным значением (seed). Это состояние будет преобразовываться на каждом шаге.

• Битовые операции:
  Основная идея заключается в последовательном применении битовых сдвигов и операции XOR. Простой пример для 32-битного числа может выглядеть так:

  x ^= x << a;

  x ^= x >> b;

  x ^= x << c;

  Здесь a, b и c – подобранные константы, которые определяют, насколько сильно будут перемешаны биты. Эти операции изменяют состояние так, что полученное число кажется случайным.

• Обновление состояния:
  После выполнения этих операций новое состояние используется для генерации следующего числа. Весь процесс повторяется, создавая последовательность псевдослучайных чисел.

Преимущества XORShift

• Высокая скорость:
  Битовые операции выполняются крайне быстро на современных процессорах, что делает алгоритм одним из самых производительных.

Ограничения и недостатки

• Качество случайности:
  Хотя XORShift хорошо справляется с генерацией числовых последовательностей, его статистическая "случайность" может уступать более сложным алгоритмам. В некоторых случаях последовательности могут иметь выявляемые закономерности или корреляции, особенно в многомерном пространстве.

• Непригодность для критичных задач:
  Для задач, требующих высочайшего качества случайных чисел, XORShift может оказаться недостаточно надёжным.

• Вариативность реализации:
  Существует множество вариантов алгоритма XORShift, и выбор конкретных констант (a, b, c) существенно влияет на качество выходной последовательности. Неправильный подбор параметров может привести к сокращению периода генератора или к появлению предсказуемых шаблонов.

PCG (Permuted Congruential Generator)

PCG – это относительно современный алгоритм генерации псевдослучайных чисел, который объединяет простоту линейного конгруэнтного метода с дополнительным этапом перестановки битов для улучшения качества результата.

Основной принцип работы

• Базовый этап (LCG):
  Алгоритм начинается с применения линейного конгруэнтного генератора, где новое состояние вычисляется по формуле приведенной в пунтке про LCG

• Этап перестановки битов:
  Вместо того чтобы напрямую использовать число, полученное на базовом этапе, к нему применяется функция перестановки XOR.

Преимущества PCG

• Высокое качество случайности:
  Перестановка битов значительно улучшает статистические характеристики выходной последовательности.

• Быстродействие:
  Используемые арифметические и побитовые операции выполняются очень быстро, что позволяет генерировать случайные числа в режиме реального времени, не замедляя работу игры.

• Экономия памяти:
  В отличие от некоторых более сложных алгоритмов, PCG требует относительно небольшого объёма памяти, что делает его оптимальным выбором для мобильных игр и встроенных систем с ограниченными ресурсами.

Недостатки PCG

• Сложность реализации:
  В отличие от простых LCG, PCG включает дополнительный этап перестановки битов, что делает его реализацию более сложной. Это может затруднить отладку и понимание внутренней работы генератора для новичков.

• Относительно небольшая база практического опыта:
  Несмотря на положительные результаты тестирования, PCG – сравнительно новый алгоритм. Его применение в долгосрочных проектах и в условиях экстремальной нагрузки может выявить скрытые недостатки, которые пока менее изучены по сравнению с более зрелыми генераторами, такими как Mersenne Twister.

• Не подходит для криптографических целей:
  Как и большинство PRNG, PCG не обеспечивает криптографическую стойкость.

Криптографически безопасные генераторы (CSPRNG)

Используются в случаях, когда необходимо предотвратить предсказуемость исходов (например, в играх с денежными ставками или при обработке важных событий). Несмотря на их высокую степень энтропии, такие алгоритмы обычно работают медленнее и требуют дополнительных ресурсов.

Основные принципы работы

• Использование криптографических примитивов:
  CSPRNG базируются на проверенных криптографических алгоритмах, таких как блочные шифры (например, AES) или криптографические хеш-функции.

Преимущества использования CSPRNG

• Высокая степень энтропии:
  Такие генераторы обеспечивают практически «настоящую» случайность, что критически важно для предотвращения манипуляций и мошенничества. Например, в азартных играх.

• Защита от предсказуемости:
  Криптографические методы гарантируют, что даже при наличии некоторых данных о состоянии генератора, предсказать последующие числа практически невозможно. Это делает их незаменимыми в системах, где безопасность имеет первостепенное значение.

Недостатки и компромиссы

• Скорость работы:
  Из-за сложных криптографических операций, таких как шифрование и хеширование, CSPRNG обычно работают медленнее по сравнению с традиционными алгоритмами.

• Потребление ресурсов:
  Криптографически безопасные алгоритмы требуют больше вычислительных ресурсов для обеспечения высокого уровня безопасности.

• Сложность реализации:
  Реализация CSPRNG требует глубокого понимания криптографических принципов и тщательного тестирования, чтобы избежать ошибок, которые могут снизить уровень безопасности.

Аппаратные генераторы случайных чисел

Аппаратные генераторы случайных чисел (HRNG) основаны на физических процессах, которые по своей природе обладают истинной случайностью, в отличие от алгоритмических (псевдо) генераторов. Ниже рассмотрим, как они работают, их преимущества и ограничения.

Принцип работы

• Физическая основа:
  В основе HRNG лежат процессы, происходящие в физическом мире, такие как тепловой шум в диодах, шум в резисторах, флуктуации в электрических цепях или квантовые эффекты. Например, при измерении шума диода регистрируется случайная величина, возникающая из-за колебаний заряда на уровне атомов. Аналогично, квантовые процессы, например, распад радиоактивных элементов или квантовая туннельная проводимость, дают истинно случайные результаты.

• Конвертация в цифровой сигнал:
  Полученные аналоговые сигналы преобразуются в цифровой формат с помощью аналого-цифровых преобразователей (ADC). Этот процесс позволяет использовать физическую случайность для генерации последовательности чисел, пригодной для программного применения.

Преимущества аппаратных генераторов

• Истинная случайность:
  Поскольку источники HRNG основаны на физических явлениях, генерируемые числа не являются предсказуемыми и не повторяются, что делает их идеальными для криптографических и высокозащищённых приложений.

• Высокая энтропия:
  Такие генераторы обладают высокой степенью случайности, что особенно важно в системах, где малейшая предсказуемость может привести к уязвимостям.

Ограничения и проблемы интеграции

• Сложность аппаратной реализации:
  Для работы HRNG требуется специализированное оборудование, которое должно точно измерять и обрабатывать физические сигналы. Это усложняет их интеграцию в стандартные игровые движки.

• Стоимость и ресурсоемкость:
  Создание и поддержка аппаратного генератора требует дополнительных затрат на оборудование, калибровку и периодическое обслуживание.

• Скорость генерации:
  Хотя физическая случайность обеспечивает высокий уровень энтропии, процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой может быть медленнее по сравнению с алгоритмическими методами.

Выбор алгоритма: баланс между качеством и производительностью

При выборе алгоритма разработчикам необходимо учитывать:

• Производительность. В реальном времени важна скорость генерации случайных чисел.

• Качество случайности. Для игровых механик, влияющих на баланс, необходим алгоритм с минимальной корреляцией.

• Воспроизводимость. Возможность регенерировать последовательности по заданному сиду полезна для отладки и синхронизации в мультиплеерных режимах.

• Безопасность. Для критичных к предсказуемости систем (например, азартных игр) следует использовать CSPRNG.

Mersenne Twister остается золотым стандартом для большинства игр благодаря своему оптимальному сочетанию всех вышеперечисленных характеристик. Однако для специализированных задач все чаще применяются алгоритмы типа PCG или криптографически безопасные методы.

Заключение

Случайность в играх – это не просто имитация хаоса, а продуманный инструмент, основанный на математических принципах и алгоритмах. Правильный выбор метода генерации случайных чисел напрямую влияет на игровой баланс, производительность и опыт пользователя. Для разработчиков важно понимать сильные и слабые стороны каждого алгоритма, чтобы адаптировать решение под конкретные задачи проекта.

Подписывайся на телеграм канал нашей студии, там ещё больше механик, полезностей, историй и туториалов.

Продолжая рассказ об объединениях, фракциях и обществах, тайных и не очень, хотим рассказать о Братстве Шести Ключей как о самом подходящем месте для стимпанкового изобретателя. Это общество принимает в свои ряды только наиболее выдающихся учёных, изобретателей и магомехаников Паутины. Основная цель Братства — развитие науки и расширение границ подвластного человеческому разуму.

Попасть в Братство Шести Ключей можно только по приглашению. Члены Братства внимательно следят за новостями и отслеживают людей, проявивших себя в науке или сделавших важное изобретение. Решение по каждому кандидату принимается общим голосованием на ближайшем собрании Братства, после чего изобретателю отправляют приглашение. Чаще всего его получают уже состоявшиеся профессионалы, однако бывают и исключения, когда в Братство приглашают даже выдающегося студента. А в качестве знака признания новый член Братства может получить одного из особых магомеханических питомцев.

В отличие от многих других организаций, Братство Шести Ключей не обладает чёткой иерархической структурой. В нём есть только должность председателя, занимающегося повесткой для регулярных собраний, причём председатель меняется каждый месяц. Ходят слухи, что за Братством стоит группа влиятельных и богатых людей, финансирующих крупный проект, который является magnum opus для всей организации. Впрочем, версии о том, кем являются эти люди и над какой задачей могут биться входящие в Братство специалисты, настолько противоречивы, что установить истину не удаётся.

В дальнейшем мы расскажем подробнее о магомеханических питомцах, которых используют члены Братства. А в Донате и на Бусти можно уже сейчас увидеть их с полными характеристиками и статами.