口径即正义?谈谈游戏中的弹药系统

Hummus

2022-11-2531552次浏览

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一、聊聊在射击游戏中很容易被忽视的系统——弹药系统

前言

Pubg(绝地求生)让7.62mm,5.56mm口径走进了千家万户,连很多小学生都对这些数字烂熟于胸;逃离塔科夫(Escape from Tarkov)给众多无法亲自去靶场体验各式各样枪械和弹药的枪械爱好者们一个天堂,连.300BLK,12.7x55mm这样相对小众的弹药也可以在游戏中扮演一部分交战角色;更不用说各类生存游戏(如Rust,Scum人渣,Dayz等等)中,弹药绝对是作为一种玩家搜寻,制造,争夺的最抢手的资源之一,各种生存射击游戏的箱子中甚至都会有这样的一个储物箱,专门用来存放子弹和投掷物。因此,“弹药系统”在一定类型的射击游戏中发挥了至关重要的作用,结合游戏类型和玩法,设计出合适的“弹药系统”,与“枪械设计”相辅相成。本文会分析什么样的游戏需要“弹药系统”,并且从弹药选型,弹药数值,美术表现几个维度去分析如何去设计合适的“弹药系统”

Tease

不管你是射击游戏爱好者,还是枪械爱好者,这篇文章都可以作为茶余饭后阅读甜点(不是)

本文包括但不限以下内容

  • 玩个游戏玩成了弹药专家?Pubg,逃离塔科夫,Apex英雄等游戏弹药解析

  • 咋设计一个游戏中的弹药系统?简单聊聊我的想法

  • 啥子弹,有着步枪弹的散射,还有霰弹枪的伤害?

  • 什么叫现代版的“暴雨梨花针”?

  • 在我们老家,燃烧弹是红色的,唉北约大兄弟,你怎么是蓝色的?你这子弹保熟吗?

  • 战地一里冲锋枪的泼尿和洒水弹道在现实中什么样?看看.22LR的曳光弹就知道了

  • 为啥我瞄准了人还是打不中?即时命中和延迟弹道解析

  • 子弹也有“百米竞速”?谁是赛跑中的乌龟?

  • COD中的FMJ弹到底是什么?

  • 游戏里各式各样的口径到底指什么?部分游戏的弹药系统只以口径来区分弹药,合理吗

  • 使命召唤先锋中各种离谱长度的枪管,在现实生活中真的能打出子弹吗

  • Pubg中的12口径霰弹,指的是12mm的口径吗?10号霰弹比12号霰弹更细吗

  • 美国“下一代班组武器计划”使用的6.8x51mm子弹放在游戏里是什么水平?和M4和AKM伤害类似吗?

二、八款游戏弹药系统的案例分析

本模块着重介绍不同游戏中的弹药系统,包括

  • 该游戏中弹药的分类方式

  • 不同弹药对应可使用的枪械

  • 该游戏中弹药系统的设计思路推测

不一定包括游戏中所有的弹药,受到文章篇幅和游戏版本的问题,只能列举90%左右的弹药,请见谅

Pubg弹药系统

7.62mm步枪弹

可使用枪械:AKM, Beryl M762, DP-28, Kar98K, M24, Mk47 Mutant, R1895, SLR, SKS, Groza and Mk14 EBR

5.56mm步枪弹

可使用枪械:M16A4, M249, M416, SCAR-L, Mini 14, AUG A3, QBZ95, QBU, G36C

.300马格南步枪弹

可使用枪械:AWM

9mm手枪弹

可使用枪械:Micro UZI, P92, VSS, P18C, Skorpion, Vector, PP-Bizon

.45 ACP 手枪弹

可使用枪械:P1911, Tommy Gun, Deagle, Winchester Model 1894, R45, UMP45

12口径霰弹

可使用枪械:S1897, S686, S12K, Sawed-off, DBS

弩箭

可使用枪械:十字弩

信号弹

可使用枪械:信号枪

Pubg(绝地求生)弹药系统特性:

  • 遵循了口径分类,但并没有完全按照子弹尺寸来,比如现实中UZI使用的是9x19mm手枪弹,VSS使用的是9x39mm步枪弹,但在Pubg中都被简化成了使用9x19mm手枪弹,这使得VSS从一个特种步枪定位变成了一个威力远不及现实的泼水枪

  • 弹药类型分类较少,原因是Pubg是单局制吃鸡,没有长线发展,因此也没有子弹分类储存,收集的长线需求

  • 部分弹药只对应了一种枪械,如.300马格南步枪弹,弩箭等,使得部分弹药的通用性降低,稀有度提高

Apex英雄弹药系统

备注:本文不涉及第12赛季的空投武器以及其弹药

能量弹药:子弹速度快,下坠小

可使用武器:

重型弹药:单发伤害高,武器的射速稍低

可使用武器:

轻型弹药:单发伤害低,武器的射速较高

可使用武器:

霰弹:一次打出多发弹丸

可使用武器:

狙击枪弹药:在一定情况下有穿透效果

可使用武器:

箭矢:可以被重新拾取

可使用武器:

在Apex英雄中,玩家需要针对弹药进行如下博弈

  • 我喜欢的武器是否有足够的相应弹药储备

  • 在某种武器弹药不足的时候,我是否愿意舍弃掉趁手的武器,转而使用有弹药储备的不趁手的武器

  • 由于同种弹药在不同武器的消耗速度不同(比如小帮手一分钟战斗消耗25发左右的重型弹药,平行步枪一分钟战斗消耗160发左右的重型弹药),因此,玩家需要做出博弈:需要使用弹药消耗慢的武器,从而腾出空间装备更多消耗品,还是使用弹药消耗快的武器,但只能携带更少的消耗品呢

  • 弹药作为武器相对应的资源,一定程度上影响了玩家在一局前中后期的武器选择,对于高强度的战斗来说,使用弹药更普遍的武器更容易获得补给(无论是从战局中搜刮还是在别人盒子里搜刮)

  • 在消耗战较多时,需要和队友的弹药类型不同,更可能从团队层面上保持弹药持续性

因此,Apex英雄的弹药特性为:弹药是一种资源,玩家需要综合考虑背包空间,武器合适作战距离和弹药储备来综合选择使用的弹药

Rust弹药系统特性

  • 一刀切的让所有步枪可以使用一种子弹,所有冲锋枪和手枪都可以使用一种子弹

  • 坏处是无法体现子弹本身的特性。举例:LR300用普通步枪子弹的伤害为40,但同样是普通步枪子弹,用在栓动步枪中伤害为80,这样同样成本制造出来的普通步枪子弹在栓动步枪中,可以打出两倍与LR300的总伤害量。而且从文案上也不好解释为什么同一种子弹是如何塞到两种结构口径都截然不同的武器中的

  • 好处是方便策划之后设计新的武器,不再受到子弹口径的限制。比如策划可以基于现实生活中任何口径的步枪设计游戏中的步枪,而不用担心口径,因为他们都可以用同一种子弹:普通步枪子弹

Dayz弹药系统

.22手枪弹

可使用枪械:

.380 ACP手枪弹

可使用枪械

9x19mm手枪弹

可使用枪械

.45ACP手枪弹

可使用枪械

.357手枪弹

可使用枪械

9x39mm步枪弹

可使用枪械

7.62x39mm步枪弹

可使用枪械

5.56x45mm步枪弹

可使用枪械

5.45x39mm步枪弹

可使用枪械

.308 WIN步枪弹

可使用枪械

7.62x54mm步枪弹

可使用枪械

12口径霰弹

可使用枪械

DayZ弹药特性

  • 按照真实弹药口径分类,很好的将武器的实际威力与不同的弹药区分开来,科学严谨,同时作为生存游戏,又加强了玩家的沉浸感

  • 弹药种类过多,光是手枪子弹就有5种口径,步枪子弹有6种口径,玩家有一定的学习成本。幸好的是大部分子弹都是世界上最常用的弹药类型,玩家已经比较熟悉了

  • 缺点是策划在开发新型枪械时,要受限于已有的子弹口径,如果要设计一种用其他弹药的枪械,又会增加子弹种类,增加玩家学习成本

7日杀弹药特性

  • 弹药种类较少,使用了大众较为熟悉的口径(如9mm,7.62mm,.44马格南等)

  • 相比其他游戏,多出更多可以破坏场景的弹药(如破门霰弹,高爆火箭弹等),得益于七日杀的体素式的场景破坏

  • 部分口径简化但不写实,如步枪子弹只有一种口径,所有步枪使用同一种子弹,较为不写实(如AK47和M60在七日杀内都使用7.62mm弹药,但实际上AK47用的是7.62x39mm弹药,M60使用的是7.62x51mm弹药)

逃离塔科夫弹药系统

12x70mm霰弹

可使用枪械:590A1, M870, MP-133, MP-153, MP-155, MP-43-1C, MTs-255-12, Saiga-12

20x70mm霰弹

可使用枪械:TOZ-106

23x75mm霰弹

可使用枪械:KS-23M(特色闪光喷,可发射23x75mm眩晕弹药)

30x29mm榴弹

可使用枪械:AGS-30榴弹发射器

40x46mm榴弹

可使用枪械:FN40GL Mk2榴弹发射器

7.62x25mm手枪弹

可使用枪械:TT, TT (gold),PPSH-41

9x18mm手枪弹

可使用枪械:APB, APS, PB, PM, PM(t),PP-9 "Klin", PP-91 "Kedr", PP-91-01 "Kedr-B"

9x19mm手枪弹

可使用枪械:GLOCK17, GLOCK18C, M9A3, MP-443 "Grach", P226R, PL-15,MP5, MP5K-N, MP9, MP9-N, MPX, PP-19-01, Saiga-9, STM-9, Vector 9x19mm

9x21mm手枪弹

可使用枪械:SR-1MP

.45 ACP手枪弹

可使用枪械:M1911A1, M45A1,Vector .45, UMP 45, HK USP

4.6x30mm手枪弹

可使用枪械:MP7A1, MP7A2

5.7x28mm手枪弹

可使用枪械:FN 5-7,P90

5.45x39mm步枪弹

可使用枪械:AK-105, AK-74, AK-74M, AK-74N, AKS-74, AKS-74N, AKS-74U, AKS-74UB, AKS-74UN

5.56x45mm步枪弹

可使用枪械:ADAR 2-15, AK-101, AK-102, DT MDR 5.56x45, HK 416A5, M4A1, TX-15 DML, FN SCAR-L

.300 Blackout步枪弹

可使用枪械:SIG MCX 300 blk

7.62x39mm步枪弹

可使用枪械:AK-103, AK-104, AKM, AKMN, AKMS, AKMSN, Mk47, Vepr KM/VPO-136,OP-SKS, SKS

7.62x51mm步枪弹

可使用枪械:Vepr Hunter,DT MDR .308, SA-58,M1A, RFB, RSASS, SR-25,DVL-10, M700, T-5000, HK G28, FN SCAR-H

7.62x54mmR步枪弹

可使用枪械:SVDS,Mosin, Mosin Inf., SV-98

.338 Lapua Magnum步枪弹

可使用枪械: Mk-18 .338 LM

9x39mm步枪弹

可使用枪械:AS VAL 9x39 suppressed assault rifle,VSS

.366 TKM步枪弹

可使用枪械:AKM/VPO-209,VPO-215

12.7x55mm 步枪弹

可使用枪械:ASh-12

12.7x108mm机枪弹

可使用枪械:NSV "Utes"重机枪

逃离塔科夫弹药特性

  • 完全硬核写实,模拟现实生活中的弹药和枪械

  • 有很多性能类似的子弹和枪械,比如9x18mm手枪弹和9x19mm手枪弹,很接近的穿甲等级和伤害数值的子弹和武器,会增加玩家的理解成本和学习成本

  • 部分弹药只会有一种枪会用,玩家为了用这一把枪就要专门去找这一种特定的子弹,降低了操作便捷性和提高了上手难度

  • 综上所述,逃离塔科夫的弹药系统主打硬核写实,整体分类清晰,规则明确,不过弹药类型的复杂,对于轻度(非军迷)玩家没那么友好

猎杀对决弹药系统

常规弹药

短弹药:低伤害,低穿透,中等射程

中等弹药:适中伤害,穿透和射程

长弹药:高伤害,高穿透,长射程

霰弹:极高伤害,低穿透,极低射程

特殊弹药(由于篇幅限制,FMJ,爆炸弹药,独头弹,照明霰弹,以及弩箭不作介绍)

燃烧弹药:弹头含磷,发射时点燃,可使得易燃物着火 

毒弹药:弹头碰撞即碎,释放出有毒物质,但穿透性不强 

高速弹药:高膛压弹药,弹头更轻,因此初速极高,但枪口噪音极大 

尖头弹:弹道性能更好的弹头,穿透性更强,但停止作用较小 

如下图从上到下:燃烧弹药;毒弹药;高速弹药;尖头弹

达姆弹:击中目标后,弹头会扩展裂开, 造成严重流血,但穿透性不强 

刀片霰弹:以小飞镖为弹头的霰弹 

龙息霰弹:喷出数十米的火舌,点燃沿途的物体,穿透性极弱 

硬币霰弹:以很多硬币为弹头的霰弹,弹道很不稳定 

如下图从左到右:达姆弹;刀片霰弹;龙息霰弹;硬币霰弹

三、如何设计弹药系统?

什么样的射击游戏需要完整的弹药系统

并不是所有涉及射击的游戏都需要一个完整的弹药系统。一个完整的弹药系统,最必须的一点,就是游戏内子弹/弹药是不和枪械一一绑定的,它们有着自己的物品和属性。

举一些没有完整弹药系统的包含射击的游戏:

  • CSGO

  • GTAOL

  • 彩虹六号围攻

  • 战术小队

  • 战地1,战地V,战地2042(战地系列)

  • 使命召唤现代战争,使命召唤先锋(使命召唤系列)

  • 严阵以待(Ready or not)

  • 叛乱:沙漠风暴

再总结一下有完整弹药系统的游戏

  • 绝地求生(Pubg)

  • Apex英雄

  • 逃离塔科夫

  • 腐蚀(Rust)

  • Dayz

  • 人渣(Scum)

  • 七日杀(7 days to die)

  • 猎杀:对决

因此,有如下部分或全部特性的游戏会更加需要一个完善的弹药系统

  • 涉及到资源搜集和积累的游戏

  • 弹药是可消耗,储藏和玩家间转移的游戏

  • 玩家背包有有限空间的游戏

  • 一局内大部分物品是可以制造和分解的游戏

可以总结出,游戏中的弹药系统有如下特性

  • 绝大部分生存射击游戏和大逃杀射击游戏适合拥有完善的弹药系统

  • 是否拥有弹药系统,与游戏是否写实无关,如Apex英雄有架空于现实世界的一套弹药体系

弹药系统设计思路

1.确定游戏交战距离

首先,在设计弹药系统前,我们需要思考,这款游戏玩家的主要交战距离是多远?大多数是50米内的巷战?还是动辄有上百米的野外对狙?游戏地图是精心制作,拥有众多掩体的关卡,还是自动化生成的大世界?

2.确立弹道类型

在确定游戏的主要交战距离后,我们需要确认子弹的弹道类型,是“即时命中”还是“延迟弹道”(会在本文的第五章“子弹的速度与激情”中介绍)。对于大地图,视野开阔,主要交战距离较远的游戏推荐使用延迟弹道,对于以小地图巷战为主的游戏则推荐使用即时命中或者即时命中与延迟弹道的混合。

3.给不同交战距离的枪械设计弹药

如果按照适合交战距离给“游戏中”的枪械类型排个序,那会是如下的结果:

霰弹枪<手枪<冲锋枪<突击步枪<轻机枪<射手步枪<栓狙

其中投掷物,弓弩,火箭发射器,榴弹发射器等特殊武器没有列在其中,因为其适合交战距离和武器本身相关性太大

那么我们可以得出如下一些规律

  • 对于非全自动武器,一般适合交战距离更远的枪械,单发子弹伤害更高,如栓狙单发伤害一般设计大于射手步枪(对于硬核写实游戏来说,枪械伤害是跟着子弹走的,如果射手步枪和栓狙用的是同一种子弹,那它们伤害就相同)

  • 设计交战距离更远的枪械,伤害距离衰减会更小,如轻机枪的伤害衰减往往比突击步枪小

以和平精英为例,同样使用5.56mm弹药,伤害衰减1,m416突击步枪需要66米,而m249轻机枪需要91米

以使命召唤现代战争为例,M4A1突击步枪在26米处就开始伤害衰减,而MK9轻机枪在43米处才开始伤害衰减(如上例子数据采自游戏历史版本,不代表最新版本数据)

  • 设计交战距离近,且射速较高的枪械,往往伤害较低,且子弹初速较低

以Pubg为例,同样使用9mm子弹,UMP9冲锋枪的设计交战距离远于微型乌兹,其射速低于微型乌兹。可以观察到,UMP9伤害(35)大于微型乌兹(23),UMP9子弹初速(400m/s)大于微型乌兹(350m/s)。(如上例子数据采自游戏历史版本,不代表最新版本数据)

除此之外,弹药对后坐力,散射的影响,弹道轨迹类型(直线,抛物线),重力大小,速度衰减,弹头的爆炸能力等因素也应该考虑在内。

4.结合世界观包装弹药

在我们完成第三步后,就可以结合世界观来包装弹药了

假设我们在第三步设计出了弹药A,B和C

弹药A单发伤害适中,初速适中;弹药B单发伤害较小,初速较低;弹药C单发伤害高,初速高。

那么在写实世界观中,我们可以用7.62x39mmPS弹包装弹药A,用9x19mm帕弹包装弹药B,用7.62x61mmNATO弹包装弹药C;而在一个科幻背景的世界观中(如Apex Legends),我们可以用重型弹药包装弹药A,轻型弹药包装弹药B,狙击弹药包装弹药C。

总体来说,弹药系统是为枪械系统服务的。不同于现实生活,研究并定型一款合适的弹药困难重重,在游戏中,我们可以尽情的设计枪械,然后让各式各样的弹药来适应这些枪械的交战距离定位。

弹药系统设计灵感

鉴于玩家们都看腻了射击游戏中各种5.56mm,7.62mm弹药,接下来为广大游戏设计师提供一些弹药系统的设计灵感(如果感兴趣,可以去搜索美国“齐射计划”的弹药原型和其他弹药相关新闻)

制导子弹

为了DAPRA还在研发的EXACTO(超高精度任务)弹药在2014年完成了实弹测试。从目前可以搜到的资料看来它应该是激光指导子弹,由滑膛枪管发射,飞行过程中由气动舵控制飞行姿态。这个项目能搜到的资料少的可怜,自从2014年的实弹测试后到现在也没什么新进展了,但我们可以在游戏里让它发挥作用,该子弹在射击游戏中可以这么设计:

适用武器:大口径狙击枪

机制:子弹在飞行过程中会以较小幅度修正轨迹,向准星实时瞄准的方向修正,在150米以上的距离修正效果明显,适合超远程狙击

伤害:极高(命中躯干一枪毙命)

口径:12.7mm

初速:700~900m/s

散射:0.1度

多弹头弹

多弹头弹是齐射计划中的一种产物,这种多弹头弹的想法很美好:我弹头越多,那我命中的概率不就越高吗。但实际上这些弹头有一个问题:虽然弹头变多了,但是每一个弹头的长度和外形变的短粗了,变的没那么流线型了,因此它们的弹道性能要远低于其单弹头弹药的版本。在游戏中,可以把它做成一个步枪的替换弹药,装上这种弹药后,可以理解步枪变成了一款精度很高的“霰弹枪”

适用武器:突击步枪

机制:三枚弹头依次连续的射出,控制在第3发子弹与第1发子弹射出间隔少于80ms

伤害:高,但穿透性较弱

口径:5mm~9mm间

初速:400~500m/s

散射:0.3度

箭形霰弹

AAI公司曾有一款霰弹,内有箭形弹32枚(直径2.2mm的小钢针)。虽然打出去后精度不算高,但这种小钢针的穿透力十分的惊人,在300米处居然击穿了M1头盔,打破了常见的“霰弹威力巨大,但穿透性极弱”的印象。因此,在游戏中,该款霰弹可以作为霰弹枪的高级弹药,用于应对室内穿着防弹衣的敌人。(可以看逃离塔科夫里的箭形霰弹,其穿透系数为31,几乎是穿透性最好的霰弹了)

适用武器:霰弹枪

机制:弹药为箭形小钢针,穿透性极强

伤害:高

口径:12gauge,每发弹药推荐装32枚箭形弹

初速:320m/s

散射:4度

AAI箭形弹

上文提到了箭形霰弹拥有穿透力强,但精度不足。那取长补短,让弹头减少到一个,放在步枪子弹里,就既可以实现强穿透性,高精度的效果了。AAI公司的XM110箭形弹就拥有这样的效果。它和5.56x45mmNATO相比,虽然动能只有其一半不到,但截面比动能高达5.56NATO的4倍,并且后座冲量也只有其1/4。放在游戏里,可以让它有着高穿透性,高初速,低后座的特点。

适用武器:突击步枪

机制:箭形弹初速极高,在50米内都可以直接用射线检测,无需产生实体子弹,并且后坐力也十分可控

伤害:低

口径:口径5.56mm,箭形弹头1.8mm

初速:1430m/s

散射:0.2度

微口径弹药

在20世纪的80年代,小口径已经成为突击步枪弹药的发展方向的时候,一些国家试图更近一步,将弹药口径缩减到5mm以下。这股微口径热潮诞生了西班牙的4x27mm CETME,美国的.17 HMR弹药,德国的4.6x36mm弹药。这些微口径弹的特点是初速高,弹道平直,在300米内可以有与小口径弹媲美的杀伤力,但更远的距离动能保持性不好。由于这些微口径的弹药体积更小,因此士兵也可以有更大的弹药基数,弹匣也可以容纳更多的微口径弹药。

适用武器:冲锋枪,突击步枪

机制:初速高,弹匣容量高(标配为50发弹匣),在100米后重力加速度增大,伤害衰减严重,速度衰减严重

伤害:中

口径:4.6x36mm

初速:约1000m/s

散射:0.2度

无壳弹

受篇幅限制不多介绍,它在游戏中的定位可以与上文的微口径弹相似,口径小,初速高,远距离伤害不足,弹药基数高

封闭式微声枪弹

该种枪弹使用封闭式结构,它弹壳内有封闭活塞,火药燃气推动活塞,活塞推动弹头。由于火药燃气是封闭在弹壳里的,因此使用该种枪弹的枪械是不需要消音器的。也是因为火药燃气封闭在弹壳里,因此该弹药动能不足。在游戏中,可以设计它的定位为隐蔽性极好的武器,枪声和脚步声一样大,传播距离20米以内,适合作为偷袭(老六)弹药

四、弹头颜色

在设计一个写实类游戏的弹药系统的图标时,我们需要对现实的弹药颜色分类有一些基础的了解,源于现实,高于现实。如下介绍了中国,北约和俄罗斯对于不同类型的子弹,弹头颜色的分类方式是怎样的

中国子弹颜色定色标准

  • 黑色:穿甲燃烧弹

  • 紫色:穿甲燃烧曳光弹

  • 红色:燃烧弹

  • 绿色:曳光弹

  • 白色:钢芯弹(1967年前)

北约子弹颜色定色标准

  • 红色:曳光弹

  • 黑色:穿甲弹

  • 银色:穿甲燃烧弹

  • 蓝色:燃烧弹

  • 黄色:观测弹(用来观测子弹落点,子弹命中会产生一大片烟雾和闪光)

  • 红色+黄色:观测曳光弹

俄罗斯子弹颜色定色标准

  • 黑色+红色:穿甲燃烧弹

  • 红色:燃烧弹

  • 紫罗兰色+红色(或只有紫罗兰色):穿甲燃烧曳光弹

  • 绿色:曳光弹

  • 白色:低碳钢芯弹

游戏中子弹颜色设计建议

在游戏中,若直接采用现实生活的子弹颜色系统,则可能会在一定程度上给玩家造成误解(若是硬核游戏则当我没说)。那么结合各国对弹头涂色分类方式和各游戏的弹药颜色分类方式来看,如下的弹药颜色是能最大程度减少玩家的学习成本的:

  • 燃烧弹:红色

  • 穿甲弹:黑色

  • 空尖弹:白色

  • 高爆弹:黄色

  • 重型弹:银色(即类似于.300BLK和9x39mm的亚音速特种弹)

五、子弹的“速度与激情”

我之前和几岁小朋友一起看战争电影,小朋友觉得子弹飞的好快,甚至认为朝天上打一枪能让弹头脱离地球引力的束缚。实际上,子弹的飞行速度在亚音速到数倍音速的区间内。如果在任何50米以上的靶场实际打过曳光弹后,你会对手枪和步枪的子弹飞行速度有更直观的感受。可以放几个动图让大家感受一下曳光弹的飞行速度。

.45 ACP曳光弹

.22lr曳光弹(0.5倍速)(洒水弹道)

.50 BMG曳光弹

M134机枪曳光弹

那么,在游戏设计中,子弹应该有飞行速度吗,以及应该模拟现实生活吗?为了说明这个问题,我们先了解即时命中和延迟弹道、

即时命中和延迟弹道

目前市面上大部分射击游戏,都采用的是即时命中(instantaneous bullet/hitscan/raycast)或延迟弹道(physical bullet)的射击方式。

即时命中

即时命中很好理解,从英文“hitscan”也可以看出来,当准星对准敌人后(不考虑散射),无论敌人有多远,射线的检测都是瞬时的,检测到路径上的第一个物体即被命中(或路径上的多个敌人,类似于守望先锋2索杰恩大招)。

延迟弹道

延迟弹道使用真实投射物,目的是为了尽可能模拟真实的子弹飞行过程,但可能出现两帧之间子弹“穿过”目标而无法命中目标的情况(比如1000m/s的子弹,在30帧下第n帧在10米处,第n+1帧就飞到43.33米处了,那么在(10m,43.33m)之间的敌人可能无法被命中)。常见的解决方案是在两帧子弹位置间连线,连线经过的第一个目标判断为命中。

那么,现在我们可以回答开始的那个问题了:在游戏设计中,子弹应该有飞行速度吗,以及应该模拟现实生活吗

答案是,如果整个游戏以小地图,短距离作战为主,并且对游戏性能考虑,则应该优先考虑即时命中(即时命中只需要一次射线碰撞检测,消耗很低,而延迟弹道涉及到初始化子弹和多帧的碰撞检测,消耗更大)。对于有大地图,远距离(50米及以上)交战场景的射击游戏,如果采用延迟弹道则会有更好的枪感。战地系列(战地1,战地5,战地2042),使命召唤现代战争,Pubg,Rust等游戏均采用了延迟弹道。

但如果从游戏设计目的考虑的话,完全可以在一个游戏中采用这两种子弹模型,比如需要快速精准命中的武器采用即时命中,需要对一个过道/通道或一片区域进行火力封锁的武器则可以采用延迟弹道。守望先锋就是一个很好的例子,在守望先锋中,士兵76,黑百合和卡西迪(原麦克雷)的主要攻击模式和索杰恩的右键均为即时命中,因为他们需要在游戏中起到精准的血线压制,斩杀和补伤害的功能;而禅雅塔,奥丽莎,半藏的主要攻击模式则都为延迟弹道,它们在对于关键过道的封锁能力要远远高于那些即时命中的英雄。

(如下左图为禅雅塔的延迟弹道,如下右图为黑百合的即时命中)

 

此外,将即时命中和延迟弹道结合在一起也不失为一种巧妙的模拟方式。考虑到CQB巷战中距离很短,子弹飞行时间几乎可以忽略不计,而远距离的时候子弹飞行时间又会被人明显感知到,因此可以用“前20米使用即时命中,而20米后采用延迟弹道的做法”,这样的话如果玩家命中的目标在20米内,实体子弹也不会产生,从而降低了性能的消耗,而如果20米的射线没有找到目标的话,则在20米的位置产生实体子弹,也同样能起到拟真的子弹效果。(20米距离不是固定的,对于飞行速度很快的部分步枪子弹,可以把射线距离调整为30米,对于飞行速度很慢的部分手枪子弹,可以把射线距离调整为10米左右)。

枪口初速度

该术语在现实生活中叫枪口初速度,但在游戏中叫实体子弹初速度更合适些,因为很多时候实体子弹并不完全是在枪械模型的枪口位置产生的。那有哪些因素会影响初速度呢?

以逃离塔科夫为例,子弹速度的决定性因素是子弹本身,其次是枪械(枪管,枪口装置等等零件)

以5.56x45mm的M855弹药为例,其子弹初速为922m/s,而在AR-15的20英寸枪管中,其初速为922-3.1=918.9m/s,在HK416A5的20英寸枪管中,其初速为922+3=925m/s(如下图)。同样,如果在枪口安装了消音器,子弹初速还会更高。

而Pubg(绝地求生)中的子弹初速则要简单许多,其弹药初速仅仅和枪械挂钩,弹药本身没有初速的概念。同样是5.56x45mm弹药,在AUG A3中初速高达940m/s,而在M416中初速只有780m/s。

接下来列举逃离塔科夫和Pubg中一些常见子弹/枪械的初速,部分数据由于采用的弹药类型,弹头质量规格,装药量有些许差别,可能会有较小误差

使用枪械 弹药类型 Pubg弹药初速 逃离塔科夫弹药初速 现实弹药初速
AKM 7.62x39mm PS弹 715m/s 约700m/s 约700m/s
HK416 5.56x45mmM855A1弹 780m/s 约945m/s 约961m/s
Vector 9x19mm常规FMJ弹药 350m/s 约340m/s左右 约340m/s
M1911 .45ACP FMJ 250m/s 约340m/s 约260~340m/s

单举这些数据可能比较枯燥,接下来放一个动图,是由Slow Mo Guys拍摄的子弹轨迹的慢镜头。可以看到当最快的子弹已经命中西瓜时,.45ACP才走了四分之一的距离,相比之下简直是龟速了。

子弹速度和速度衰减设计

一般来说,玩家的大部分交战场景是集中在50米内的,一般涉及到大战场,大地图的游戏可能会有50米以上的频繁交火(如Pubg的艾伦格,战地1中的西奈沙漠等等)

我们可以做个简单的计算,敌人距我方枪口50米距离,垂直于我瞄准方向以8m/s的速度奔跑。这时,如果使用初速只有250m/s的手枪射击,在不考虑速度衰减的情况下,则需要1.6m的预瞄距离,几乎有两个多的身位的预瞄,而若采用961m/s初速的步枪射击,则只需要有0.42m的预瞄,大大降低了预瞄的难度。

因此,对于预期绝大部分玩家交战距离小于50米左右的游戏,可以考虑添加子弹速度衰减,目的有两个:

  • 提高50米外命中难度,降低不符合设计交战距离的击杀出现的可能性

  • 提高写实性

子弹速度衰减的制作方式有多种,如写实类(弹道系数),或分段衰减,受篇幅限制先只介绍这两种

弹道系数

在逃离塔科夫中,可以看到子弹的属性中有一个弹道系数(Ballistic Coefficient),可以简单的理解为,它是描绘弹头抗拒空气阻力,保持弹头飞行速度能力的一个参数。因此,该参数越大,对抗阻力的能力就越强,远处动能留存的就越多,那么在远处速度衰减就越小(见下图)。在逃离塔科夫中,.45ACP HydraShok的弹道系数为0.114,而5.56x45mm的M855A1的弹道系数为0.233,因此两者中,M855A1的速度衰减就更小。

分段衰减

如果说逃离塔科夫中的应用弹道系数而产生的连续性的弹头速度衰减过于复杂,也可以使用简单的分段衰减。以步枪子弹(7.62x51mmNATO)为例(如下图)。从实体子弹射出后到飞行距离为50米这段速度均为900m/s(设计为50米的原因是这是该子弹设计的适合交战距离),从50米到150米速度衰减为650m/s,150米后速度就衰减到400m/s不变了。(备注:这里的射击距离指的是子弹轨迹的弧线距离,而不是弹头连线到枪口的直线距离)

六、游戏中的弹药趣闻

COD中的FMJ弹到底是什么?

无论在COD端游中,还是在COD手游上,我们都可以看到枪械的Perk(被动技能)中有一个FMJ(全金属被甲弹),在不同代COD中基本有增加子弹穿透性能,减少子弹穿透墙体导致的伤害衰减,对装备和连杀技能的伤害增加的能力。那FMJ子弹到底是什么,真有COD中描述的那么神吗,我们来看一下现实生活的FMJ弹是什么

FMJ弹的全称是Full Metal Jacket,即全金属被甲弹(“被”读“pi”)。既然有“全金属”被甲弹,那就有“半金属”被甲弹这种了,即JSP(Jacketed Soft Point),也有"不被甲弹",即LRN(Lead Round Nose),它们的区别可以简单的从下图看出(从左到右分别是FMJ,JSP和LRN)

  • FMJ内部为铅,外部几乎全部被如铜铁等合金包裹(除了底部)

  • JSP相对于FMJ来说,弹头尖部少了合金的包裹,因此被称为软头弹,当该种弹头进入人体后,由于弹头头部没有合金的包裹,柔软的铅会迅速扩张成蘑菇状,甚至会分裂出碎片,对肉体造成巨大损坏,因此也被称为扩张弹。被各种营销号吹上天的“达姆弹”就是军用扩张弹。

  • LRN通过名字就可以理解,铅质的,圆形的弹头,一般用于手枪子弹,完全没有其他合金包裹在铅的外部

从上述的原理看,FMJ弹头的铅芯外面包裹的这层合金,可以在对枪管提供一些保护的同时,略微提高弹头初速。而软头弹虽然能更有效的将动能转移到目标上,但带来的代价就是子弹的穿透性降低。如果按照这个说法的话,FMJ的穿透性的确比JSP强(可见如下左图FMJ穿透性和右图JSP穿透性,可见FMJ穿透性更强,但JSP造成的空腔更大。来源:https://www.defensivecarry.com/threads/gel-test-comparison-full-metal-jacket-vs-soft-point-ammunition.189503/)

不过看到这里,COD中的玩法中需要一个穿透性较强的弹药种类,然后COD选择了FMJ作为玩法包装,这真的是最合适的包装方式吗?

以M16和M4使用的5.56x45mm口径弹药为例,越战时期使用的M193弹即为FMJ弹(如下图左),而M855(如下图中)是真正意义上的5.56x45mmNATO弹药,也是泛用性最高的5.56x45mm子弹,即如果说到5.56x45mm子弹,默认就是说M855弹药。M855为钢头铅芯被甲弹,穿透性优于M193。M855A1(如下图右)则为钢穿甲头被甲弹,穿透性能优于M855。

因此可以看到,在常见的5.56x45mm子弹中,M193(FMJ弹)反而是穿透性较弱的一个。因此,在游戏中想表示一种弹药的穿透性较强,可以用钢芯弹穿甲弹等文案来包装,用FMJ反而适得其反。这一点,逃离塔科夫做的就很写实,其将不同弹种的穿透性在游戏中表现的符合现实情况(如下图可以看到,逃离塔科夫中FMJ的穿透性虽然不差,但并不是很强力)

游戏里各式各样的口径到底指什么?部分游戏的弹药系统只以口径来区分弹药,合理吗

经过各类射击游戏的洗礼,大部分玩家已经对“7.62mm,9mm,.45ACP,.50口径”这样的字眼烂熟于胸了。那么这些口径到底指的是什么,我们一一来看

首先,为了方便中国玩家理解,“.45,.50”指的就是0.45英寸,0.5英寸。由于一英寸为25.4mm,所以.50口径就是0.5x25.4=12.7mm。因此游戏中常见的.50口径反器材步枪即为12.7mm口径

当我们说到口径时,大部分情况指的是对称的阳线之间的距离(如下图所示A的距离)。以7.62mm口径的枪管举例,若其阴膛深度为0.1mm,则其对称阳线距离为7.62mm,其对称阴线距离为7.82mm,同理弹头直径也为7.82mm。

这时候,有玩家会说:既然口径简单理解就是枪管的内径,那我相同口径的子弹不就都可以从这根枪管打出去吗。这句话基本是对的,但实际情况中,相同口径的不同弹药尺寸差别可能巨大,你的弹匣,枪膛不一定能容纳的下其他尺寸的弹药。比如下图一是沙漠之鹰用的.50AE弹药,下图2为.50BMG弹药,.50BMG体积大概是.50AE的6倍左右,是根本不可能放入沙漠之鹰射击的。

在Pubg(绝地求生中),玩家捡到7.62mm步枪弹后,可以将这一种弹药放入AKM突击步枪和M24狙击步枪中使用。这种通用性不禁让很多玩家觉得,AKM和M24使用的是完全一种弹药。其实从游戏中武器的定位就可以看到,AKM是突击步枪,不太可能会用到M24的全威力步枪弹的。在现实中,AKM使用的是7.62x39mm弹药,而M24(以M24A1为例)使用的是7.62x51mmNATO弹药,它们弹药尺寸对比如下

同样的道理,在Pubg中,9mm手枪弹既可以给微型乌兹,也可以给VSS用,这也是游戏为了易于上手而做的简化。在现实中,它们分别是9x19mm手枪弹和9x39mm亚音速步枪弹(如下图红框圈出)

说了这么多,我们会得出这样一个结论:仅仅以口径区分弹药的弹药系统的,优点是玩家上手很快,需要记忆和区分的类别更少;缺点是不写实,可能会犯一些军迷玩家能认出来的错误。因此,如果一个游戏想打“写实硬核”的招牌,那就最好不要仅仅以口径来给弹药分类了

使命召唤先锋中各种离谱长度的枪管,在现实生活中真的能打出子弹吗

在各类存在枪械改装的游戏中,玩家经常可以发现,不同的枪管长度可以影响枪口初速,比如逃离塔科夫中HK416A5的10.6英寸枪管(下图左)的枪口初速就比20英寸枪管(下图右)低21m/s

同时在使命召唤先锋中,存在一些长度很不常见的枪管,如下左图汤姆逊冲锋枪的2.5英寸枪管,以及如下右图的14.5英寸枪管

那么对于这些游戏的枪管改装,有人会提出这样几个问题

  • 使命召唤先锋中2.5英寸的枪管这么短,子弹足够加速吗?会不会打出去的弹头还没手扔的远?

  • 枪管长度对枪口初速的影响有多大?

  • 我在设计枪械改装系统时,如何设计枪管长度对枪口初速的影响呢?

抛去复杂的物理学原理,我们可以简单的将枪管对于弹头加速的原理理解为,发射药爆燃导致的膛压,在离药室的几厘米的地方是最大的(如下图的红色曲线,膛压在前几厘米陡增,在离药室3cm处(下图A点)达到最高,之后在枪管越长,离药室越远的地方,膛压逐渐降低)。因此,弹头在离药室几厘米的位置,会有一个极大的加速度,随着枪管越长 ,膛压越低,弹头获得的加速度越小(如下图蓝色曲线所示,曲线的斜率越来越小)。当发射药爆燃产生的压力降低到枪管给弹头的阻力一样大的时候,弹头的加速度恰好为0。这时候枪管的长度的临界值就是“理论最大枪管长度”了。

根据这个原理的话,我们其实可以知道,当枪管长到一定程度后,枪管越长,等长度比例获得的枪口初速的增益越少。我们可以看如下两组现实数据的对比:.223口径的步枪弹药在3英寸长度的枪管中(如下图中的蓝色折线),只有1277fps(389m/s)的初速,随着枪管长度增长,从3英寸一直到18英寸,枪口初速都有很大的增长,增幅明显,18英寸枪管对应的枪口初速快达到了3英寸枪管枪口初速的3倍了。而.45ACP手枪弹在2英寸长度的枪管里就已经加速到了较高的水平(如下图中的橙色折线),即使之后枪管再增长,增长幅度也不超过2英寸枪管枪口初速的30%,甚至于枪管长度在10英寸增长到18英寸的过程中,枪口初速还有一定的降低。(其实从上面数据可以看出,逃离塔科夫对于枪管对枪口初速的影响做的还是有些保守了)

上图折线图的具体数据见如下表,数据整理自网站http://www.ballisticsbytheinch.com/45auto.html

所以,针对上面提出的三个问题,我们做出这样的回答

  • 对于.45ACP这样的重弹头低初速的手枪弹来说,需要的枪管加速距离很短,即使只有2.5英寸的枪管,就足以加速到接近极限速度的枪口初速,因此游戏中的2.5英寸枪管是符合物理规律的,是足够将.45ACP弹头加速到一个合适的初速的。

  • 第2个问题和第3个问题可以一起回答:在游戏中设计不同的枪管改装时,可以直接参考现实生活中的弹头加速需要的合适枪管长度。比如.22lr约在3英寸枪管加速就已足够,9x19mm手枪弹约需要4英寸枪管加速,5.56x45mm步枪弹约需要10英寸枪管加速才能到其极限速度的80%等等。具体数值可以参考该网站http://www.ballisticsbytheinch.com/index.html。整体思路就是,初速越快,口径越大,装药与弹头质量比例越大,膛压越大的弹药需要更长的枪管来加速,枪管长度的差异也会对其初速影响越大。

Pubg中的12口径霰弹,指的是12mm的口径吗?10号霰弹比12号霰弹更细吗

使命召唤4战役的第一关“不留活口”中,盖茨在进入船舱作战前,将手上的主武器切换成霰弹枪,并且说:“我喜欢在近距离作战时用这个”。这个场景相信是很多玩家经典的儿时回忆。

霰弹枪,被中国玩家亲切的称为“喷子”,而在各个游戏中,玩家都能见到它用的弹药叫“12口径霰弹”(如下图)。一些玩家结合它们见到的游戏中9mm口径弹药,7.62mm口径弹药,就不禁推测:这个12口径霰弹,指的应该是12mm口径的意思吧。

然而如果我们仔细观察它的名字的话,会发现游戏中出现的是“12口径霰弹”,不是“12mm霰弹”。那是因为霰弹口径的常见单位是“号”(英文为gauge),与毫米之间需要换算的。具体的计算方式是:12号口径=质量为12分之一磅的铅球的直径,10号口径=质量为10分之一磅的铅球的直径。因此我们可以知道了,霰弹的号越大,分母越大,直径反而越小,所以12号口径霰弹是比10号口径霰弹要细的。这里就直接给出计算结果了,12号口径换算成毫米的话,约等于18.4~18.6mm;4号口径换算成毫米,约等于23.35~23.75mm(逃离塔科夫中闪光喷的口径)

下图可以直观的对比12口径霰弹和其他弹药尺寸的差距

这里顺便插一嘴,平时我们说12口径霰弹时,其实是默认说的是70mm弹壳长度的霰弹(70mm指击发后的弹壳长度)。有些游戏里会有同样一把12口径的霰弹枪,换上12口径短霰弹后,就能有更多的弹容量的情况,其实很好理解,在筒式弹仓中,相同的总长度下,较短的霰弹(如下图的绿色霰弹)比较长的霰弹(如下图的黑色霰弹)弹容要多些。

美国“下一代班组武器计划”使用的6.8x51mm子弹放在游戏里是什么水平?

相信很多人玩了各种射击游戏,见到AKM使用的7.62x39mm弹药和M4使用的5.56x45mm弹药都腻了。正好在今年上半年(2022年),美军正式与SIG Sauer签订了XM5步枪和XM250机枪的合同,以在之后分别取代掉M4步枪和M249机枪。随之而来的是它们使用的弹药:6.8x51mm弹药。

这时候,有些小伙伴就开始思考:咦,既然这把枪是用来取代M4的,那它在游戏中的伤害应该和5.56x45mm子弹类似吧

答案是NO!虽然人们觉得很离谱,美帝从全威力弹和中间威力弹之间来回横跳。但6.8x51mm弹药更接近是一款全威力弹,我们可以直接对比一下它们在200米处的弹头动能:5.56x45mmNATO(848J),6.8x51mm Sig Fury(2035J),.308 WIN(2062J)。由此看出这款新弹药在200米处动能比5.56x45mm弹药动能多出两倍不止。

因此如果要把这款弹药放在游戏里的话,它可不是和7.62x39mm以及5.56x45mm等常见突击步枪弹药一个量级的,可以把它当作大威力突击步枪或者射手步枪的弹药使用,它的伤害介于突击步枪和栓狙之间,特色可以设计为“初速极高,后座稍低的射手步枪弹药”。

接下来讲一个笑话:一个人穿越到二战,发现美帝装备了一款发射全威力弹,后坐力很大,弹容量为20发的武器(如下图)

这个人继续穿越了20年,到了20世纪60年代,发现美帝依然装备着一款发射全威力弹,后坐力很大,弹容量为20发的武器(如下图)

最后,这个人穿越到了现代,发现美帝还是要装备着一款发射全威力弹,后坐力很大,弹容量为20发的武器(如下图)

七、结语

写了这么多,这篇文章也不适合当饭后甜点了,用来下饭倒是挺合适的。本文是以一个射击游戏爱好者,设计者和枪械爱好者的身份写作的,虽然在现实生活中,弹药的发展历史坎坎坷坷,受到各国军械研究政策限制,一些未来可期的弹药也只是昙花一现,但在游戏中,它们结合各种游戏机制,依然可以大放光彩。游戏设计,尤其是射击游戏设计,是可以从现实学习,并超越现实的。最后,希望本文能对各位射击游戏和枪械爱好者们有所启发!

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