为什么魂斗罗只有128KB却可以实现那么长的剧情?
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为什么魂斗罗只有128KB却可以实现那么长的剧情?
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皮皮关
划重点:这里是游戏开发小班培训 http://www.levelpp.com
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现代程序员A和1980年代游戏程序员B的对话:
A:为什么你用128KB能实现这么多画面、音乐、动画?
B:128KB还不够么?其实为了表现力已经相当奢侈了,加了很多不重要的细节。
A:就说你们的音乐,这个音乐,我压到最低码率的mp3,也得至少1MB吧。
B:你怎么压的?一首背景音乐怎么可能超过1KB。
A:那你实现全屏卷轴,用了多少显存?
B:一共就只有2KB显存,多了也放不下啊。
A:……
我们对“数据量”无法直观认识
除非是专家,一般人根本无法估算到底多大算大,多小算小。
一般人对“数据量”并没什么概念。一篇800字的作文有多少数据量?按照GBK编码,约1.6KB,按照UTF-8编码,则是2.4KB。
只写了1个字的作文,按理来说1字节~3字节就够了。但只写1个字的word文档,有10956字节【汗】。而由于硬盘格式化要求,再多占用1332字节【再汗】。
我就写了一个字,真的什么都没干
现实中常见的产品、流行的技术,实际上和时代背景密切相关。
当你抱着15寸笔记本还嫌小的时候,1990年代初的家庭,可是一家人围着14~18寸的球面电视看的。把雪碧拿给古代人喝一口,估计他会齁得要死,必须喝点水压压惊。
当物质基础变得十分丰富的时候,一定会产生无法避免的“浪费”,这种“浪费”会进一步改变人感受的阈值,对度量的估计都变得紊乱了。
FC时代的图形技术
由于早期的记忆芯片(ROM)非常贵,而且大容量磁盘的技术也不成熟,所以暂且不论硬件计算能力,仅仅是想增加游戏的总容量也非常困难。所以自然会使用符合当时水平的数据结构。
以红白机FC为例,它的分辨率为256x240。分辨率不算低,但却只有2KB显存,而且还要实现全屏卷轴效果。所以在FC设计之初,从硬件上就提供了充分利用显存的方法——使用Tile(瓦片)。
对每一个场景来说,使用若干数量的瓦片,场景用有限的瓦片拼接即可。这种“二级”表示方法能极大节约存储量。具体一些原理讲解可以看一些科普,比如这个:
【萌新图形学】TileMap瓦片地图简介,以及它的优化原理
https://www.bilibili.com/video/BV19J411e763
音频容量和代码容量
现代音乐格式往往直接保存声道的波形,这种做法保真度高、通用性强,但很显然占用空间多,一首曲子的容量以千字节、兆字节计算。
而八位芯片时代的音频解决方案,关键是一颗专用芯片,例如FC用的理光2A03:
下:理光2A03
音频芯片可以产生合成音效,能提供的音色可以在一定程度上配置,但非常有限。听听FC游戏的音乐可以体会到常用的音色几乎一样。我觉得这个音频芯片最厉害的地方是可以同时播放几个音轨(但不能是和弦那种“同时”),《魂斗罗》、《沙罗曼蛇》、《忍者龙剑传》的殿堂级音乐,主要是靠多个音轨的交替配合实现的。
每个音符只要记录音色、频率和音高就足够了,音频芯片自然会识别出来。把音符按时间排列好就是“乐谱”了,可以简单理解为“简谱”。这种简谱需要的数据量十分有限,而且大部分游戏音乐都是循环播放,数据量更是小的可怜。
代码也是类似的。
FC时代的游戏,没有所谓的“引擎层”,或者说引擎层就是“硬件层”。任天堂的主机完全是为游戏而设计的,瓦片、调色板、音乐、音效等基本功能已经预先考虑到了,这样一来就节约了大量底层代码。
程序员要仔细研究文档,在硬件框架下思考问题,比如如何显示图片、如何卷动屏幕等等;而且还要非常熟悉硬件底层和汇编,不要浪费代码空间。
一来二去,代码也能写的非常小。
总的来说,128KB的游戏大作,在30年前稀松平常,放到现在简直就是黑科技。科技的剧烈变革带来技术指标非线性的变化,让我们的记忆和直觉彻底落伍 :)
知乎用户
索尼互动娱乐(上海)有限公司 开发技术支持经理
https://www.zhihu.com/question/50076174/answer/1102335113
一个古老的问题,因为某些机构号挖坟,被我看到了。作为那个时代的亲历者,来给新生代程序员讲讲这里面的奥秘吧 。
其实,玩过小霸王学习机的话(不是打游戏,而是编程),应该多少都知道。没玩过的话,那种用文字拼的图,见过吧。网上有很多。那种图,显然比一张图片,容量要小多了吧。
FC时代的游戏,画面就是这个原理。整个画面是由一块一块“马赛克”拼出来的。就好像《我的世界》里面用块块拼各种造型那样。
因为是8bit CPU,int类型(准确来说,是可以直接操作的整数)是8bit。所以,索引范围是0-255。也就是这样的砖块最多能有256种。也就是说,你所看到的任何一关,都是由这最多256种砖块拼出来的。(当然,不同关卡可以使用不同的砖块,就好像《我的世界》里面的皮肤那样)
这个砖块的大小是8x8像素。FC的画面分辨率为256x240,容易计算得出就是32x30个砖块(tile)。
此外,砖块本身也并非是按照今天的图片那样,按照RGB三通道直接存储颜色,而是使用调色板。8bit的调色板虽然理论上最多可以支持256种颜色,但是实际上FC整体上只能输出64色(其中还有重复色):
而且即便是这64色还不能直接使用,而是要从中挑选出要用的颜色,放入到总共4个调色板当中,才可以使用。每个调色板只能有4色,其中0号颜色强制为透明。也就是说,每个调色板其实只能放入3个自选色(还必须从上面64个里面选),4个调色板共12色,+透明,共计13色。
每个砖块可以最多绑定一个调色板。因为一个调色板是4色,所以每个像素只需要2bit就可以索引这4种颜色。这样存储一个砖块的内存容量其实是8x8x2bit=16byte。256个砖块就是4KB。
然后其实画面分两层:背景、前景。背景可以使用单独的256个砖块,4个调色板;前景也有自己的256个砖块,4个调色板。所以这样的话一关最多是512个砖块,8个调色板。调色板数量很少存储大小忽略不计,512个砖块存储需要8KB。
然后就是实际记录游戏场景(背景)以及人物武器装备子弹等的开销。背景前面计算了,一屏幕需要32x30个砖块,砖块之间不能重叠。因为是从256个砖块里面选,所以需要8bit的索引。那么一屏幕(背景)就是32x30x8bit=960字节。
各个关卡的长度不一。下面是所有关卡的背景图:
https://www.nesmaps.com/maps/Contra/ContraBG.html
以最长的第五关为例,该关背景图为5616x240,那么也就是横轴差不多22屏。这样的话存储这个背景所需的索引值的总容量就是960x22=21KB的样子。
前景。前景就是那些人物啊,子弹啊,炮台什么的。FC最多支持64个前景“精灵”(之所以叫这个名字是因为和背景的块块不同,前景的块块可以放在画面任何位置且可以相互重叠,像精灵一样漂浮)。每个8x8(或者8x16)像素。保守起见按全部都是8x16(2个tile)计算(事实上不是),那么总共就是8bit/tile * 2tile/sprit * 64 sprits = 128B。(注意游戏当中的角色等很多是由多个精灵组成的,特别是boss,所以精灵并不是和角色一对一的)
https://www.nesmaps.com/maps/Contra/sprites/ContraSprites.html
所以,满打满算,前景背景都用足256个砖块,且所有砖块都不同,8KB的砖块存储+前景索引128B+背景索引21KB/关 * 8关,大约176KB的样子。当然此外还有程序(逻辑)的部分,音频的部分(音频的部分其实是MIDI而且音符很少,大概CDEFGAB+cdefgab,也就是2个八度音阶的样子(音高。音色是通过三角波方波等波形控制,也有的游戏卡里加入了额外的波形生成芯片),容量很小),但是显然背景部分是最耗的。其它场景都没有第五关那么长,甚至部分关卡短得多,而且有些关卡之间雷同很高,砖块可以大量复用(比如如果仔细看第五关的背景图,显然不同的砖块远远少于256个)。所以这样看下来大致上128KB是没有问题的。
http://www.vgmpf.com/Wiki/images/5/55/06_-_Contra_-_NES_-_Snow_Field.ogg
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