游戏技术-数实融合进程中的技术新集群

1、目录 CATALOGUEP1 前言：数实融合 动能何在？P2 “游戏技术”由来及其内涵特征P3 游戏的本质：由规则与道具塑造的趣味性活动 P4 作为科学研究副产品的电子游戏及其技术属性P5 电子游戏开发日益专业化，推动相关技术走向独立 P6 作为一个独立新集群的游戏技术P8 潜龙在渊：游戏技术的科学时期（1950-1972 年）P9 功能初定：游戏技术的前期储备阶段（1950-1961）电子游戏是早期 AI 与计算机科学的呈现面与实验场游戏成为人工智能新理论新方法的重要验证平台P26 飞龙在天：游戏技术的社会时期（2019 年）P27 上世纪 90 年代以来游戏技术早期跨界探索 P28 游戏技

2、术外溢的社会需求与概念引领全真互联网、元宇宙等成为描绘数实交互场景的新概念数字经济与实体经济的深度融合需要全新的技术工具P30 作为数实融合社会下一代重要基础设施的游戏技术打造有助于显著提升生产效率的数字环境打造有助于便利穿梭虚实空间的数字化身打造有助于公共资源开放共享的数字资产P37 在跨界中加速自生长的游戏技术新集群知识图谱P13P11 动能初现：游戏技术的早期萌芽阶段（1961-1972）全新趣味体验让电子游戏开始成为独立的文化产品电子游戏商业化尝试为游戏技术规模应用奠定基础见龙在田：游戏技术的产业时期（1972 2019 年）P14 走向独立与自我生长：游戏技术的集群孕育阶段（1972

3、 1995 年）专业游戏程序和游戏设备问世并以简单复制实现规模应用人工智能前沿研究成果的应用不断丰富游戏技术集群单元P15 技术积累与体系渐成：游戏技术的集群成长阶段（1995 2016 年）专有技术迭出大幅提升游戏交互体验，技术体系逐渐完善互联网普及带来的用户增量推动游戏技术系统性规模应用P21 海量需求与智能交互：游戏技术的集群成熟阶段（2016 2019 年）满足移动互联网用户海量需求的规模应用成为关键技术特征海量数据与设备迭代促进游戏的智慧进化并塑成交互新体验P43 数实融合社会中游戏技术创新和发展研判及其对策建议P44 游戏技术在数实融合时代的创新和发展研判趋势一：共融游戏技术作为数

4、字经济新基建带动相关业态深度融合发展趋势二：共振游戏技术作为下一代互联网底层技术推动出现新技术生态趋势三：共生游戏技术推动数字物理世界交融共生塑造生产生活新场景趋势四：共治游戏技术催动城市数字孪生以扩展管理边界实现全域协同趋势五：共享游戏技术助力公共文化资源资产数字化实现广泛传播传承P45 推动游戏技术引领数实融合时代的建议和对策制定相关政策推动游戏技术实现跨界广泛应用建立游戏技术研发、展示和应用推广服务平台推动行业建设游戏技术跨界应用创新服务平台加强以游戏技术为切入点的数实融合进程研究目录前言PREFACE数实融合 动能何在？2022 年 1 月，微软宣布以 687 亿美元现金收购电子游戏巨

5、头动视暴雪，引起业界轰动。微软总裁萨蒂亚纳德拉在给员工的邮件中这样解释这起收购案背后的战略考量：“今天，游戏是规模最大、发展最快的娱乐形式。随着数字世界和现实世界的融合，游戏将在元宇宙平台的发展中发挥关键作用”。对于元宇宙的具体形态，众说纷纭。唯一的共识，是我们正处于互联网技术和范式变革的前夜，而虚实融合的元宇宙是大家对下一代互联网形态的概念性想象，是对未来人机交互、人人交互想象的合集。纳德拉如此突出游戏在元宇宙时代的关键意义，有其为收购正名的因素，更有其谋划未来的战略眼光。对于微软来说，收购暴雪，不仅意在保守其游戏产业上的优势，更希望籍此在下一代互联网技术、平台和规则的竞争中占得先机。回顾计

6、算机科学和人工智能的技术发展史，从194 8 年图灵的开创性的“智能机器”论文，到香农“计算机下棋程序”研究，到大家熟悉的深蓝、Alpha Go，信息技术和人工智能的研究和发展与游戏相伴相生。当代游戏产业不仅仅是计算机技术发展的受益者，也是技术发展的孵化器和推进剂。自上世纪 70 年代以来游戏已逐渐发展成为一个重要的产业部门，不断扩展、丰富人们的交互空间与交往方式。在 50 多年的发展历程中，游戏经历了从无到有、从局域网到广域网、从完全虚拟到虚实结合等一系列发展阶段，其间孵化、催生的大量技术外溢到其他产业，其商业和社会价值已经永远超越游戏产业的意义。我国科技界也非常重视对游戏相关技术的研究。早

7、在 2003 年，“863 计划”中就纳入了“网络游戏通用引擎研究及示范产品开发”和“智能化人机交互网络示范应用”两个国家级科研项目。但之后很长一段时间，由于种种原因，在 “硅谷”和“好莱坞”之间游走的游戏，被轻易地订上了各种标签。当公众议及游戏时，主导话语的往往情绪而非观点，是道德焦虑而非理性的分析。这种情绪性的价值判断，不利于我们理解游戏及其背后技术的全貌。微软收购案背后的下一代互联网技术和规则竞争，我国数实融合整体战略的明晰，给了我们理性探讨游戏和游戏技术的机会。具体而言，游戏产业的技术图谱，给下一代互联网提供了哪些可能性？在数实融合这一技术和社会新形态中，这些技术孕育和满足了哪些新需求

8、？游戏超级数字场景所孕育的技术集群，能否为数实融合提供重要助力，并演变为国家创新系统重要组成部分，助力国家间的科技竞争？我们希望以本报告为起点，回到历史，从科技发展史的角度，梳理游戏技术的内涵与特征、发展历程，分析及其在未来数实融合社会中的功能与价值，从而重新认识游戏产业所蕴含的技术创新价值，更好地发挥游戏技术在未来数实融合社会发展过程中的作用。前言数实融合 动能何在？2由 游来 戏及 技其 术内涵特征游戏技术由来及其内涵特征 游戏与人类文明相伴而生，已历经数千年的发展过程，是社会生产力发展到一定阶段而出现的一种社会文化现象。古希腊哲学家柏拉图认为，游戏是人类为满足生存需要而进行的模仿活动。游

9、戏的内容和形式源自于人们的生产生活实践，是对自然界及社会运行规则的一种抽象。在柏拉图看来，游戏是幼儿进入社会之前，为掌握社会技能所进行的一种预前训练。因此游戏中常常会使用现实社会中的规则、技能、工具。从传统社会的机械机器，到数字社会的计算机和智能手机，游戏往往是人们掌握这些新知识、新工具，及新规则的重要途径。游戏的本质由规则与道具塑造的趣味性活动游戏的历史可以追溯到人类文明诞生之初，当先民们完成了基本采集渔猎生产活动，在大量的闲暇时间中逐渐出现了早期简单的趣味性活动。位于保加利亚西北部的马古拉洞穴壁画涵盖了旧石器时代后期、新石器时代和青铜时代早期的一些绘画作品，描绘了舞蹈的女人、跳舞和打猎的男

10、人、带有面具的男人、大型动物、太阳、星辰、各种劳动工具和植物，形象地展示了巴尔干半岛独特的舞蹈、宗教仪式、祈祷方式、狩猎场景以及劳动工具。出土于中国河南省舞阳县贾湖遗址距今 7800-9000 年的骨笛是中国最早的乐器实物，能够吹出有节奏的音符，可以用来演奏现代五声阶曲子。早期先民们拥有很多闲暇时间，在生产活动之余逐渐创造了很多趣味性活动，其中一些有一定的规则、有来有往的互动或博弈形态的活动，我们称之为游戏。游戏是一种非常古老的社会互动的表达形式，英文“Game”中本身包括“规则”“博弈”的含义。游戏常常脱胎于生产活动或者社会交往，如来自于集体狩猎场景的追逐嬉戏，或来自于物物交易的代币博弈，等

11、等。游戏常常作为人类幼儿走入社会的必修课，是获得生产技能和理解社会结构的重要场景。游戏问世之后，便随着人类社会复杂程度的提升而有了越来越多的元素和变化，进而也产生了更丰富的趣味性。诞生于古埃及、距今约有 5500 年的Senet（可能是世界上最早最为完整和要素齐备的棋盘游戏），2004 年伊朗出土的 5000 年前的六面骰子和双陆棋棋盘，墨子公输中记载的“子墨子解带为城，以牒为械”的类积木等等。这些相比于远古时期已经更为繁复的游戏，开始有了明确的规则设计和简单的活动道具。规则设计与活动道具是游戏重要的两个要素，公平的规则设计与恰当的道具使用都能够提高游戏的趣味性，更好地实现对社会结构和社会活动

12、的模拟，完成社会性习得的主要目的。人们喜欢游戏胜于一般的简单休闲活动，是由于游戏参与方的实时互动游戏变化多端，特别是强弱、胜败等彰显个体身体优势或心智优势的过程，能够挑动人类底层的本能和情感，由此带来的感官愉悦和心理满足进一步增加了游戏的趣味，参与游戏的主体也在这一过程中掌握了更多的社会知识和技能。互动性是游戏区别于其他文化活动的显著特征，游戏来源于社会活动的抽象，因此游戏需要参与者首先认同抽象出来的规则，并在规则约束下及时做出恰当反应，这种认同是没有任何强制力作为保障，如果参与者不能自发认同规则并且通过想象力代入游戏角色，游戏就无法进行下去。因此从这个意义上可以说，游戏是简化后的社会关系，即

13、在一定条件下反映人与社会、人与人、人与物（自然）的关系的一种趣味性活动。游戏技术由来及其内涵特征作为科学研究副产品的电子游戏及其技术属性电子游戏是当今游戏的主要形式，如不做特别说明，本报告中主要讨论的是电子游戏。游戏需要一定的规则设计和道具使用，我们常常用道具来进行游戏类型的划分，如棋类游戏、球类游戏等。在计算机出现以后，人们通常将运行在电子设备平台之上的游戏称之为电子游戏，电子游戏是如今全球最普遍的游戏形态之一，几乎和计算机科学同时出现。194 6 年计算机诞生，194 8 年计算机先驱 Alan Mathison Turing（艾伦麦席森图灵）就在论文中提到了人工智能研究与游戏的关系，认为

14、棋类游戏是展示机器“思维”能力的重要场域。图灵甚至写了一个当时的计算机还无法运行的“游戏规则”代码 - 国际象棋程序。游戏因其规则的明晰性、边界的严格性及过程的博弈性等属性，天然地成为了研究和验证人工智能的重要工具。这一类用于科学活动的游戏常常被称之为功能性游戏。当时一些人工智能研究先驱为验证、推进其人工智能理论创新（如极小极大搜索法），先后发明了验证和展示人工智能算法的井字游戏、网球游戏、国际象棋、跳棋等，这些研究成果也成为了电子游戏的早期雏形。随着人工智能研究领域愈发成熟，先后出现了启发式搜索法、棋步剪枝法等人工智能新发展，与之相适配的电子游戏形态的科研成果也逐渐增多。早期游戏与科学研究两

15、者是一体两面的关系，但有意思的是这些功能性游戏由于采用了计算机作为全新的游戏载体并带来了很好的趣味性体验，电子游戏开始作为一种传统意义上的游戏为人所关注，直到 1962 年出现了第一款非研究属性的电子游戏Space War（! 太空大战）。由此，电子游戏诞生，这是计算机科学与人工智能的研究过程中的一次有趣意外。传统游戏中体现的人与社会、人与人、人与物的关注，在电子游戏中直接表现为人机交互。计算机和人工智能为电子游戏带来了更为丰富的内容变化和趣味体验，作为休闲而不是科研的电子游戏开始流行于美国计算机科学相关研究的各大高校和科研院所师生之间。1972 年第一款家用游戏机出现，电子游戏正式成为一个独

16、立产业门类，与之相关的技术体系也开启了独立化进程。计算机科学中将“ 参与活动的对象，可以相互交流，双方面互动”这样一种形式定义为“ 交互（interactive）”，即电子游戏所表现出来的状态和界面，其中既包括人与计算机设备、软件的交互，以及人与计算机其他用户的交互。交互是电子游戏的重要属性，也是电子游戏相关技术长期致力于解决和优化的主要问题，电子游戏的交互持续优化的过程，就是相关技术不断创新和迭代的过程。交互的优化首先表现为主要由互联网特别是广域互联网带来的交互数量激增。网络让参与到游戏之中的用户随着网络技术进步和成熟呈现出指数级增长，1974 年的电子游戏Spasim最多只能支持 32 名

17、玩家。今天，手机游戏王者荣耀的同时在线人数可以达到 9800 万人。在这千万级实时在线用户的背后，是以亿为单位的注册用户数量。经过几十年的发展，电子游戏的相关技术已能够支撑起实时海量多元交互的网络社会运行。其次，交互的变化还表现为精细化和智能化。一方面，网络游戏的故事设计内容与形式日益丰富，画面日益精细和逼真，如 ACT（动作冒险）、CAG（卡牌）、TCG（养成类）、RTS（实时战略）、MMORPG（大型多人在线角色扮演）等，在玩家之外出现了大量的 NPC 以提高游戏的故事完整性和互动性，越来越复杂的游戏世界和越来越多的参与者带来了非常新奇的可玩性。另一方面，1958 年著名核物理学家威廉希金

18、博坦用一台示波器和一个金属盒子控制器，组成了较为原始的“网球游戏”，示波器上的一个亮点代表网球，一条线代表球场。而 2011 年在 XBOX 平台上线的虚拟网球 4已经拥有了和现场直播相似的画质，参与者通过体感控制器，可以在数字场景中获得接近真实物理世界的运动体验。游戏技术由来及其内涵特征电子游戏开发日益专业化，推动相关技术走向独立电子游戏相关技术通过不断优化交互来提升游戏体验，形成新的愉悦感和成就感，游戏行业因此成为最热衷于交互创新的领域之一。这种优化既包括对游戏规则的创造，不断形成新的故事或新的玩法，也包括很多技术性试验，力求再次创造出“副产品”的历史性变革，与众多数字技术齐头并进，通过原

19、始创新或组合式创新的新技术应用到游戏之中重塑游戏业态，使电子游戏的面貌不断焕然一新。当游戏有了技术驱动的内生力量，一些原发于游戏场域之中的技术创新或其他领域尚未形成广泛应用的新技术就被大量引入游戏这个数百万人沉浸在数字复杂环境中进行实时交互的超级场景，从而首次实现了技术的规模化应用。游戏开发越来越专业，相关技术区别于其他技术体系的特征也越来越明显，甚至出现了一对游戏体验的要求越高，游戏世界的界面和内容也就越接近于现实世界，游戏相关技术的内在发展动力也就越强。上世纪 90 年代中后期到 21 世纪初期大型电子游戏和图形处理器相互推动的发展史至今仍为用户们津津乐道。一方面高品质电子游戏导致了游戏引

20、擎等游戏领域层出不穷的技术原创和广泛应用；另一方面也对算力开发、芯片运算、机器学习、图像渲染、网络传输等各项技术提出了更些技术外溢，在游戏外的领域形成了一些应用，让游戏开发相关技术成为了若干领域的创新引领者。如游戏引擎技术，在大型 3D 游戏中逐渐成熟以后，在数字孪生、虚拟仿真、智慧工业、数字文保等多领域实现应用；在游戏中以各种精细尺度塑造个性化人物形象并作为用户数字化身的虚拟人技术，如今也在很多消费场景中得以应用并带来全新消费体验。 2020 年游戏行业共实现营业收入约 2786.87 亿元，对游戏体验的要求越高， 游戏世界的界面和内容也就越接近于现实世界贡献税收约为 696.72 亿元，就

21、业岗位约 150 万个，成为了重要的数字经济部门。据课题组计算，游戏技术直接或间接创造了 1379.5 亿元的收入、344.88 亿元的税收和约 74.25 万个就业岗位，说明了游戏行业是典型的技术密集型行业，游戏技术的进步和应用是行业高质量发展的决定性力量。高的要求，游戏为很多其他领域的新技术提供了首次规模化应用场景，也在应用中逐渐形成了一些用于游戏开发和运行的专属技术。一个服务于电子游戏的技术系统日渐成熟并实现了独立。电子游戏作为一个兼顾现实性和想象力的数字场域，成为很多数字技术的天然孵化器和试验田，一批新技术在游戏仿真的虚拟环境与海量交互数据的孕育和锤炼下逐渐成熟与定型。游戏技术由来及其

22、内涵特征加速的实时流体仿真从电影头号玩家和失控玩 家到脸书的“元宇宙” 模型，电子游戏对社会的仿真程度越来越高，现实世界在数字化进程之中出现了越来越多与游戏形式相仿的数字场景。数字世界和物理世界的融合趋势逐渐深入，引发了人类传统交互形式和内容的重大变化。几千年来人们都在和由元素周期表上的物质构成的对象在交互，是一个纯物理形态的世界，受到时间、空间、经典物理学、经典化学等各种客观规律的约束，即便是工业革命后人们开始和机器进行交互进行大规模生产，传统形态的人与社会、人与人、人与物关系仍未发生质变，直到计算机的出现。计算机出现，人类开启了社会数字化进程，一个以“0 和 1”构成的数字世界出现，人们开

23、始与这个全新的对象进行交互。到今天，这样的交互渐成主流，与传统交互形式并行而立，成为当代人的重要社会属性。传统交互有其对应的技术系统，新的数实交互也急需一批相对成熟的技术来支撑，这是以满足交互为主要目的的游戏相关技术作为独立集群登上历史舞台的客观条件和时代机遇。传统社会的交互主要发生在以化学元素为基础单元构成的物理世界之中，数字社会的交互则主要发生在以“信息的 DNA 正在迅速取代原子而成为人类生活中的基本交换物”1 的数字社会，数实融合社会之中人们穿梭于数字世界和物理世界，迫切需要能够在化学元素和数字代码之间进行自由转换和信息编码的工具。在满足交互从一元世界走向二元世界的同时，新技术也需要满

24、足由于交互产生重大变化而带来的效率、公平等其他更为基本的社会追求。在这样的大背景下，电子游戏底层支撑技术在数字社会大潮中逐渐从后台走向前台，从辅助走向核心，从隐性走向显性。游戏技术由来及其内涵特征G PU 美 尼古拉尼葛洛庞帝（Nicholas Negroponte）. 数字化生存 M. 电子工业出版社 , 2007:2-5.作为一个独立新集群的游戏技术以交互为特征的电子游戏相关技术在数实融合社会的重要性，决定了这个已经出现并自我生长了半个世纪的数字技术集群的研究价值。长期以来，尽管诞生于计算机科学研究的电子游戏天然带着技术创新的基因，电子游戏的进步也和相关数字技术的创新和迭代密不可分，但作为

25、一个技术密集型行业，游戏却始终徘徊于故事设计为先的“好莱坞”模式与技术实现为先的“硅谷”模式之间，而作为数字技术集群的技术功能和社会价值并不受重视。数实融合社会的到来引发了交互的重大变化，并由此带来社会其他生产生活各个领域的重大变化。专注于交互的这个技术集群能够并且需要在这个剧烈变化着的时代发挥更大的作用，需要重视和把握电子游戏相关技术这个技术集群。为了更好地进行分析，课题组提出“游戏技术”的概念，并定义其为：在电子游戏中首次实现规模化应用，以丰富和提升人的交互体验为主要目标的功能质性技术集群。因其可交互、高仿真、强沉浸、精渲染等技术特性，正在被逐步应用到社会经济多个领域，成为推进数实融合发展

26、的重要技术工具箱。游戏技术是以计算机和从计算机衍生出来的电子设备（ 游戏主机、手机、AR / VR 设备等）为载体和工具，以计算机语言和算法设计、计算机图形学、软硬件架构、网络调试与适配、交互（输入和输出）设备等为主要领域，主要服务于电子游戏的开发和运维，是数字技术系统的重要组成部分。随着全球数字社会建设步伐的加快，游戏技术在因提升游戏体验而解决人机交互和虚实交互问题过程中形成的仿真、沉浸、渲染、延迟等相关技术特性和技术优势，将逐渐被应用到国民经济多个领域，并开拓出更多的交叉前沿方向，为数字技术系统的深入发展提供可能性。游戏技术有三个特征：1、“首次实现规模化应用”是游戏技术的价值标杆。2、“

27、以优化交互为主要目的”是游戏技术的功能属性。3、“功能质性集群”是游戏技术的存续形态。由于游戏是一个应用型领域，因而考察其技术体系应当从功能应用而不是知识生产的角度。因此，游戏技术可分为两类：原生性技术和引进性技术“。原生性技术”是指首次在游戏领域中出现并得到规模化应用的创新技术；“引进性技术”是指尽管并不是诞生于游戏研发的过程，但首次在游戏中实现规模化应用的技术。考察游戏技术主要关注其是否解决了游戏在研发和运维过程中出现的某一问题。由于游戏是以交互为主要特征的活动，因而游戏技术总体上是以解决游戏中以交互为主要目的的一系列问题的技术单元。另外，我们从功能角度考察游戏技术，游戏技术的技术单元既可

28、以单独发挥功能，也可以通过组合形成任一参与组合的技术都不具备的功能，后者是游戏技术的主要存在形式，游戏技术通常需要多个技术单元组合而成，且这些技术单元相互关联、协作形成“ 技术集簇”，具有集群特征，并将之称为游戏技术的“功能质性集群”。基于游戏技术的定义，能够看到一个游戏技术的“三阶递进”模型。其整体呈现三个发展阶段：（1）“游戏技术的可实现性”阶段，即一些原生型游戏技术（ 首次出现于游戏领域内）和他领域的引进型技术（ 首次出现于游戏领域外）开始在游戏领域中运用以保证电子游戏的运行。这一阶段游戏技术的主要目标是实现游戏的一些规则设计，以实现游戏的基本功能为主，游戏在这一阶段也发展为主机形态；（

29、2）“游戏技术的专业迭代”阶段，这一阶段游戏相关技术的开发重点在于提升交互以优化玩家在游戏中的体验，由于游戏独特的海量实时交互环境，一批新出现的技术在游戏场域中实现首次规模化应用，网络游戏和手机游戏是这一阶段游戏的主要形态；（3）“游戏技术的功能外溢”阶段，即游戏领域中的一些技术逐渐成熟，开辟形成独立的研究领域，成为游戏之外不同场景的解决方案，功能外溢能力显现。总体来看，无论是数实融合社会到来引起的交互新变化，还是游戏技术清晰的技术进步范式能够成为其他领域技术创新和转化应用非常重要的路径参考，游戏技术作为一个独立研究对象都有明确的学理价值和研究价值。游戏技术由来及其内涵特征8游 潜戏 龙技 在

30、术 渊的科学时期（1950- 1972年）潜龙在渊游戏技术的科学时期（1950-1972 年）游戏技术的诞生是 20 世纪 50 年代人工智能领域推进、验证创新性理论的“副产品”，是一个“美丽的意外”。游戏技术源自于早期人工智能领域中的博弈棋类游戏研究，主要承担科学研究功能，是人工智能界为展示、试验、完善新理论、新方法的重要平台。科学时期中出现的用于开发和支撑电子游戏的技术是游戏技术的前技术阶段，为游戏技术成为一个独立集群做好了准备，打下了基础。功能初定游戏技术的前期储备阶段（1950-1961）电子游戏是早期AI 与计算机科学的呈现面与实验场早在 1947 年， 人工智能先驱 Alan Ma

31、thison Turing（艾伦麦席森图灵）就为了推进人工智能研究而写下了第一行游戏代码。1948 年，在其开创性论文“智能机器”（Intelligent Machinery）一文中，图灵指出能够展示机器“思维”能力的重要场域包括棋类游戏（跳棋、国际象棋等）、语言翻译、加密等。21950 年，Claude Elwood Shannon（克劳德艾尔伍德香农）在哲学杂志发表“计算机下棋程序”一文，开启了下棋程序理论研究先河。加拿大工程师 Josef Kates（约瑟夫凯特）于 1950 年推出的井字棋游戏“大脑伯蒂”（Bertie the Brain）， 这一游戏机器高四米，并有一个由电灯组成的大

32、屏幕进行展示。1951 年， 编程语言设计先驱 Christopher Strachey（克里斯托弗斯特雷奇）利用曼彻斯特大学的电子计算机 Ferranti Mark 1，编写了一个跳器程序。在 1951 年 5 月 5 日的不列颠节上，伦敦科早期棋类游戏程序比较 6学馆展示了一款叫做“Nimrod”的电脑，可专门玩尼姆游戏。与此同时，图灵于 1951 年编写了第一个国际象棋程序 TURBOCHAMP，但它无法在计算机平台上运行，1952 年图灵手动运行了这一程序。3 也是在这一年，IBM 的计算机专家 Arthur Samuel（亚瑟萨缪尔）构建了具有学习能力的跳棋程序，也是最早的机器学习程

33、序之一。1950 年代初，新墨西哥州洛斯阿拉莫斯科学实验室 (Los Alamos Scientific Laboratory) 的一个小组，基于IBM MANIAC 1 机器，开发出最早的可在计算机上运行的国际象棋程序。 41957 年，IBM 研究人员Alex Bernstein（阿莱克斯斯伯恩斯坦）等，在 IBM701 上开发出第一个功能齐全的国际象棋智能程序。5 此后，许多科研机构（如 MIT、斯坦福大学、兰德公司等）纷纷组建了棋类游戏研究小组。博弈类游戏成为人工智能研究不可分割的一部分，为电子游戏的出现埋下了伏笔。潜龙在渊 游戏技术的科学时期（年）1950 - 1972Alan Ma

34、thison Turing1951Kister,Stein,Ulam, 等 (Los Alamos)1956Bernstein,Robert,Arbuckle,Belskey(Bernstein)1957Newell,Shaw,Simon1958关键统 计数据时间棋盘88668888所使用计算机手工模拟MANIAC-I,11000ops./secIBM704,42000ops./secRand Johnniac,20000ops./sec国际象 棋程序分析深度直至将死所有动作，2 步深度7 个可能的动作，2 步深度直至将死，每个目标都会产生动作静态评估数字式，多因素数字式，“子力”，棋子的灵活

35、性分数数字式，“子力”，棋子的灵活性分数，区域控制，王翼防御数字式，值向量，目标接受评估函数极小极大极小极大极小极大极小极大最终棋步选择由子力控制，否则便选择最佳值最佳值最佳值1. 第一可接受；2. 双重函数编程语言-机器码机器码IPL-IV数据方案-单板，无记录单板， 集中式 table， 再计算单板，去中心化，列表结构，再计算Time space数分钟12 分钟 / 棋步8 分钟/ 棋步1-10 小时 / 棋步结果下棋经验1 game3 games2 games0 games描述输给较弱人类棋手击败较弱的人类棋手合格的业余爱好者水平一些手动模拟A.M.Turing. Intelligent

36、 Machinery. 1948.https:/weightagnostic.github.io/papers/turing1948.pdfA Jenery (2008). A Short History of Computer Chess. link https:/ HYPERLINK /article/view/a-short-history-of-computer-chess /article/view/a-short-history-of-computer-chessA Jenery (2008). A Short History of Computer Chess. link htt

37、ps:/ HYPERLINK /article/view/a-short-history-of-computer-chess /article/view/a-short-history-of-computer-chessBernstein, A., & Roberts, M. D. V. (1958). Computer v chess-player. Scientific American, 198(6), 96-105. HYPERLINK /projects/chess/related_materials/text/2-2.Computer_V_ChessPlayer.Bernstein

38、_Roberts.Scientific_American.June- /projects/chess/related_materials/text/2-2.Computer_V_ChessPlayer.Bernstein_Roberts.Scientific_ American.June- 1958/Computer_V_ChessPlayer.Bernstein_Roberts.Scientific_American.June-1958.062303059.sm.pdf)Allen Newell, Cliff Shaw, Herbert Simon (1958). Chess Playing

39、 Programs and the Problem of Complexity. IBM Journal of Research and Development, Vol. 4, No. 2, pp. 320-335游戏成为人工智能新理论新方法的重要验证平台20 世纪 50 年代，为了说明机器同样可完成人脑的某些思维工作，人工智能界的先驱开辟了许多新的研究方向，如机器翻译、机器定理证明，而博弈棋类游戏研究同样也是重要组成部分，是人工智能理论与方法的重要验证平台。从博弈棋类游戏的早期发展可以看出，游戏技术与科学（人工智能研究）是一体两面关系，本身便是科学研究的组成部分，且在科学发展过程中发挥着重

40、要作用。（1）游戏是展示、运行人工智能新理论的重要平台之一。香农曾在 1949 年的美国无线电工程师协会大会上，解释了为何要进行棋类游戏研发，强调国际象棋机是一个理想的研究人工智能的开始，7 如它具有明确的走步及输赢判定规则，其离散结构非常适合现代计算机的数字特性等。（2）棋类游戏研发过程中科学家提出了许多创新性理论。如 1959 年，被誉为“ 机器学习之父”的塞缪尔发表论文“使用跳棋游戏进行机器学习的一些研究，”在文中首次提出“机器学习”概念。8 香农在其 1950年的论文中，提出专门用于双人棋类对弈的极小极大搜索法（Minimax）；1958 年，John Mc Carthy（约翰 . 麦

41、卡锡）专门为减少棋类游戏搜索量，发明了alpha-beta 修剪法，等等。这些人工智能的新成果以游戏的形式出现和展示，一方面便于其他研究人员和公众理解人工智能背后的逻辑，也在无意间创造出了一种全新的游戏方式，使人类第一次能够与会思考、能交互的机器进行游戏。潜龙在渊游戏技术的科学时期（年）1950 - 1972人机棋类游戏争霸史 9Shannon, C. E. (1988). Programming a computer for playing chess (pp. 2-13). Springer New York. / chess/programming-a-computer-for-play

42、ingchess.shannon.062303002.pdfA.L. Samuel. Some Studies in Machine Learning Using the Game of Checkers. 1959./stamp/stamp. jsp?tp=&arnumber=5392560.https:/ HYPERLINK /writing/ai/a-brief-history-of-game-ai/Andrey /ww HYPERLINK /writing/ai/a-brief-history-of-game-ai/Andrey /writing/ai/a-brief-history-

43、of-game-ai/Andrey Kurenkov.A Brief History of Game AI Up To AlphaGo. April 18, 2016.1950 年开先河之后，功能性游戏对人工智能研究的重要意义一直延续至今。而且也正因为游戏的直观和易懂，才能让 21 世纪以后的人工智能每一次重大突破都成为公众热议的焦点。1966 年麦卡锡领导麻省理工学院的一群学生，开发出基于 Minimax 和 alpha-beta 修剪法的国际象棋程序，并与莫斯科理论与实验物理研究所 (ITEP) 所研制的棋类游戏进行多次对决。1968 年，Alfred Zobrist（阿尔弗雷德佐比斯特）

44、所发明的一款围棋程序，它不依赖于树搜索，而是运用了“ 视觉组织的模拟模型”10，这与 AlphaGo 类 似。20 世纪 60 -70 年 代，美 苏围绕下棋程序研发进行多次对弈，以显示本国的技术竞争力。直到 1998 年 和 2016 年 先后出现的“深蓝”和“Alpha Go”，其都属于功能性游戏，也都引起了公众对人工智能的高度关注和兴趣，这种舆论氛围极大地推动了人工智能的前沿研究和应用。动能初现游戏技术的早期萌芽阶段（1961-1972）伴随着示波器上以趣味性活动为主要目的的第一款游戏出现，电子游戏有了全新的社会功能，开始朝着独立成长的方向发展。在这一过程中电子游戏也先后催生了 UNIX

45、 系统等重要计算机科学的研究成果，同时也因其能够与智能机器交互的趣味性体验，短时间内就从计算机科学家的专属休闲活动，成为了流行的商业化产品。全新趣味体验让电子游戏开始成为独立的文化产品1958 年，物理学家 William Higinbotham（威廉辛吉勃森）发明了一款叫做Tennis for Two（双人网球）的游戏，这款游戏运行在示波器上，可以支持两个人对战，这是目前公认的第一款具有当代电子游戏形式的游戏雏形。这是一个没有明确研究目的的程序，因此电子游戏从此开启了另一条与科学研究并行发展的路径，独立于科学研究之外并在成长早期成为流行于计算机科学家和计算机爱好者之间的休闲方式。1961 年

46、，麻省理工学院的学生 Steve Russell（ 史蒂夫 拉塞尔）和同学在学院的一部 DEC潜龙在渊游戏技术的科学时期（年）1950 - 1972Zobrist, A. L. (1969, May). A model of visual organization for the game of Go. In Proceedings of the May 14 -16 , 1969, spring joint computer conference ( pp. 103 -112).PDP-1 电脑及其远程教学系统 PPLATO 上，编写果与工作生活的副产品，其中绝大部分在游戏进入了名为（Spa

47、ce War（!太空大战）的电子游戏，产业化时代后被改编成了游戏机游戏和 PC 游戏。能够实现 2 人远程连线。太空大战被认为是第一个广为流传及具影响力的电子游戏，并在 1969年进一步发展成为第一个网络游戏，承载太空大战的 PLATO 系统已经能够承载 1000 多人在线，这也为游戏的远程网络交互特性打下了早期基础。由于运行游戏的主机 DEC PDP-1 体积硕大、售价高昂，只有高校和科研机构才有机会配备。即便如此，这款游戏靠着在学生中的流行，最终也运行到了上千台设备之上，甚至 PDP-1 生产商将该游戏预置进了系统中，随机附送。此后，基于 PDP-1 和 PLATO 系统的连线游戏越来越多

48、，这些游戏大多是程序员利用业余时间开发并免费发布。值得一提的是，这些科学家研究成1966 年，被誉为电玩之父、全球首款游戏主机发明人的 Ralph Baer（拉尔夫贝尔）发明了可在标准电视上显示的游戏Chase（ 追击），此后他帮助 Bill Harrison（比尔哈里森）一起制造了光线枪，这也是最早的除游戏主机以外的人体工程学控制器。1968 年，二人研发出可进行桌球及射击等不同游戏的原型机，预告了趣味性电子游戏的独立出现。1969 年，C 语言发明人之一的 Kenneth Lane Thompson（肯尼斯蓝汤普森）编写出可在 Multics 系统上运行的游戏Space Travel（ 太

49、空旅行），后来他在改用 PDP-7 编写游戏的过程中，创造出了 UNIX 操作系统，太空旅行也因此成为 UNIX 第一个应用程序。电子游戏商业化尝试为游戏技术规模应用奠定基础在计算机科学和 AI 研究过程中，这些研究者看到了这些功能性游戏的趣味属性，也看到了这个全新的游戏交互形式巨大的产业前景，于是一些计算机科学家开始尝试推动电子游戏成为一个商业产品，他们也成为了游戏产业的早期探索者。1971 年 9 月，模 仿太空 大 战游 戏 的 初代小蜜蜂游戏被安装在斯坦福大学的一个学生活动中心里，这 是第一个投币式电子游戏机器。同年 Nolan Bushnel l（ 诺兰 布什内尔）与 Ted Bab

50、ne y（ 泰 德 巴内）合 作 研发 出 太 空大战投币式街机版本电 脑空间（C omputer Space）， 而 后 美 国 街 机 厂 商 Nutting Associates 取得该游戏授权并大量制造，并于 1971 年 11 月正式发行，最终生产、销售 1500 部。这是电子游戏机器的首次规模化商业推广，也是游戏技术首次集成在一台机器之中，成为专门为游戏趣味体验获得而开发的技术体系。由于游戏过于复杂，这款游戏及其设备最终没有成功，但是却拉开了电子游戏产业化大幕。伴随着这一序幕，游戏技术也正式登上历史舞台。1972 年Ralph Henry Bae（r 拉尔夫亨利贝尔）研制出了第一款

51、家用游戏机的原型机 The BrownBox（ 棕盒子），随 后他与 Magnavox（ 米罗华公司）合作共同生产了棕盒子的正式版 Magnavox Odyssey（“ 奥德赛”）。这 款游戏主机共支持 12款游戏，其中就包括引起轰动的Pong（兵乓）的原型，这款用最原始点和线构成，模仿乒乓球的游戏是史上最早的商业化电子游戏之一。机器售价为 99 美元，推出后 4 个月卖出 10 万台，到 1975年共卖出了 30 万台。奥德赛的发布和成功引起了 “乒乓热潮”，大量公司开始生产“乒乓游戏机”，其中就有世界上第一家专业游戏机公司雅达利，由 1972 年布什内尔与巴内创立，并于同年推出第一款面向普

52、通消费者的游戏街机 Odyssey（ 奥德赛）及游戏Pong（乒乓）。趣味性游戏主机的出现，让与电子游戏相关的技术首次集成于专业性的设备平台，开始作为独立的技术系统服务于游戏的趣味性和用户体验。以往的电子游戏主要作为计算机科学如 AI、计算机图形学的研究思路验证和研究成果展示等科学活动，并不太关注游戏本身的趣味性和游戏参与者的人机交互体验。但全新的游戏形态和全新的交互形式，使得游戏不仅作为计算机研究人员业余休闲活动广泛流行，还在商业化开发的推动下，成为人类社会一个庞大的文化产业门类。潜龙在渊游戏技术的科学时期（年）1950 - 197213游 见戏 龙技 在术 田的产业时期（1972- 201

53、9年）见龙在田游戏技术的产业时期（1972 2019 年）游戏技术在游戏成为一个产业领域并实现了技术的规模化应用后，基本具备了成为一个独立技术集群的若干要素。这一时期的游戏技术围绕着从视频游戏机到电脑再到手机的载体变化，不断优化着交互体验以提高游戏的趣味性。游戏技术从早期计算机科学相关研究中完全出来形成独立体系，是奠定其以满足趣味交互体验需求为主的重要技术特征。在提升游戏体验质量、丰富人机交互等需求持续推动下，20 世纪 90 年代出现游戏技术开发热潮，以游戏引擎、3D 显卡、智能NPC（非人类玩家角色）控制等原生性技术为代表，游戏技术集群在这一时期逐渐成型与完善，极大丰富了交互的方式、内容、

54、质量，为未来的功能应用跨界奠定了技术、场景、数据基础。走向独立与自我生长：游戏技术的集群孕育阶段1972 1995 年1972 年以后游戏进入产业化进程，推动了专用游戏技术体系的孕育。为了更高质量地实现游戏创意，一方面游戏领域开始孕育出一些专有技术，如游戏机、游戏卡、游戏控制器等；另一方面以人工智能为代表的等其它领域新出现理论、新方法，也通过首次应用于游戏领域而带来了游戏的新变化。专业游戏程序和游戏设备问世并以简单复制实现规模应用Atiri 成立后，年仅 19 岁的前苹果总裁 Steve Jobs（ 史蒂夫乔布斯）于 1974 年加入雅达利并负责开发电子游戏，1976 年推出了Atiri260

55、0，这是第一部真正意义上的商业化家用游戏机主机系统。而同年出现在计算机平台的Empire（帝国），则是第一款同时允许 32 人进行远程连线的在线游戏，但此时的计算机载体游戏，可玩性还远不如专业的家用游戏机。为更高质量地展示游戏画面，一些创新性的图形显示技术被研发出来并被用到已经是以万为销售单位的家用游戏机上，首次实现了规模化应用。如 1977 年 Atiri 推出 AtariVCS，创造了 Sprite 技术（即多重 2D 子画面建构）；1979年 Atiri 与日本中村制作所联合推出Galaxian（小蜜蜂），是最早采用 RGB 彩色图形技术的视频游戏之一，同时也是第一个使用基于图块的硬件系

56、统（tile-based hardware system）的游戏。这些技术都是今天计算机图形学的基础性技术。上世纪 80 年代至 90 年代，世界游戏产业的重心移到日本，Nintendo（任天堂）、SEGA（世嘉）， Nintendo 的 FC（ 红 白 机） 和 SEGA 的 Mega Drive（世嘉五代）是当时游戏机市场的垄断者，大量的游戏卡带一度成为时代标签。数以万计的游戏先后问世、推陈出新，游戏技术也在这一进程中逐渐实现着技术积累和进化迭代。家用游戏机的演化进路，一方面是基于 8 进制和 16 进制的故事编程技术，另一方面是用于交互的控制器，家用游戏机控制器得益于人体工程学的发展和市

57、场反馈，在人机交互上取得很大进步。从旋钮到摇杆，从按键到触控，从整体造型到震动反馈，家用游戏机控制器的人机交互设计经验，为人机交互行业提供了借鉴。如当前大数据中控台的控制界面、无人机及无人驾驶汽车的操作平台等，都能看到游戏机控制器的影子。2012 年，美国时代周刊评选出年度最佳发明，在任天堂游戏机手柄启发下问世的“自感应”聪明螺丝刀，与谷歌眼镜一并入选。游戏天然的计算机属性，决定了游戏技术必然会成为计算机设备和软件系统的重要内容组成。1993 年，距离英特尔推出第一款 32 位处理器Intel 80386 已过去 8 年，世界上第一台 32 位游戏机 FM Towns Marty 问世，由于

58、使用了 32 位处理器，FM Towns Marty 在硬件性能上已经介于计算机和电脑之间，且通用 FM Towns 电脑的大部分软件。游戏技术从专业性游戏技术转向计算机，也宣告了专业游戏机的式微，更具扩展性的计算机与专业游戏的再次结合，为双方都带来了更有利的成长条件。人工智能前沿研究成果的应用不断丰富游戏技术集群单元20 世纪 70 年代，虽然随着游戏产业的出现，学术共同体（ 人工智能界）逐渐与游戏领域相脱离。但是，为了更好的呈现游戏故事创意，人工智能领域中的一些理论、方法，被引入到游戏领域之中，并在游戏中获得新的存在形态。20 世纪 70 年代 初 的 游 戏，如Star Trek（197

59、1）、Speed Race（1974）、Qwak（1974）、Pursuit（1975）等，均使用了AI 领域中的一些技术，如有限状态机、 A* 等。这些技术可用来（：1）生成非游戏角色 (NPC)，如 AI 敌人；（2）定义 NPC 的某些行为，如攻击、见龙在田游戏技术的产业时期（年）1972 - 2019漫游或奔跑；（3）人类玩家和 NPC 的寻路。正如Evolution Of AI In Video Games: Transition From Cheating To Smarts作者 Anirudh VK所提到的“在 1970 年代初期的视频游戏开始时虽然所有这些游戏都以不同的类型运行

60、，但它们使用了 50 年代的计算方法，为屏幕上的精灵赋予了智能的外表”11，这些源自于 AI 领域的技术，可以使游戏中 NPC 的行为显得更为智能，极大提升了游戏的趣味性。人机交互不再是冰冷的人与机器简单互动，而是使人类找到了一个能够做出思考性反馈的游戏“对手”，深化了游戏趣味体验。20 世纪 70 年代末至 80 年代的游戏，逐渐改变了此前 NPC 角色过度依赖固定角本的局限性做法，将更多的计算 和随机元素叠加到 NPC的角色塑造过程中，如增加了 NPC 协作模式，创造出更富个性的 NPC 等。代 表性的游戏，如Space Invaders(197 8)、G alaxian(197 9)、P