Зачем вам математика и как она помогает игры делать (и не только)

Математика как инструмент геймдизайнера и разработчика, а не абстрактные формулы
Математика как инструмент геймдизайнера и разработчика, а не абстрактные формулы

ALERT! Лонгрид. Ниже — про мышление, софт-скиллы и конкретные штуки в геймдеве, которые без математики страдают.

TL;DR и содержание в помощь.

TL;DR

  • Математика прокачивает не только «считалку», но и софт-скиллы: структурное мышление, умение объяснять сложное, спорить по цифрам, а не по ощущениям.
  • В геймдеве рабочая математика — это геометрия, вектора, вероятности, статистика, графы и немного анализа, а не теория струн.
  • Без неё вы упираетесь в потолок: странные дропы, косая камера, рывки анимации, непредсказуемый баланс, лагучий код.
  • Начать можно с мини-навыков: понимать вектор, синус, вероятность выпадения лута и что такое сложность O(N²). Этого уже хватит, чтобы делать игры безопаснее и качественнее.

Содержание

Часть 1. Как математика влияет на мышление и софт-скиллы

От расплывчатого “что-то лагает” к чёткому диагнозу проблемы
От расплывчатого “что-то лагает” к чёткому диагнозу проблемы

Структурное мышление вместо хаоса

Математика учит разбирать задачу на части:

  • было: «игра лагает, что-то не так»
  • стало: «проседаем при 200+ AI-юнитов, сложность алгоритма столкновений ~O(N²), надо менять подход»

Когда в голове есть базовый математический инструмент, вы автоматически:

  • задаёте уточняющие вопросы, а не «ну оно лагает»;
  • держать в голове несколько вариантов решения;
  • спорите не «мне кажется», а «у нас вот такие цифры»..

Это уже чистый софт-скилл: с вами проще разговаривать продюсеру, техдиру и художникам — вы переводите магию кода в понятные цепочки причин и следствий.

Умение спорить цифрами, а не эмоциями

Математика = привычка проверять интуицию:

  • «игроки говорят, что дроп “редкий”» → смотрим реальный шанс и выборку боёв;
  • «Баланс норм, никто не жалуется» → считаем средний TTK, DPS по билдам и время до «payoff» умений.

Вместо «я чувствую, что всё в порядке» появляются формулировки:

  • «Мы снижаем шанс легендарки с 5% до 3%, потому что в длинной сессии игроки уходят в инфляцию ресурсов».
  • «Мы увеличиваем HP мобов на 12%, чтобы средний TTK вырос с 1,5 до 2,0 секунд — по логам видно, что сейчас бой слишком рутинно-быстрый».

Из этого вылазит сразу три софт-скилла:

  • уважение к данным, а не к самому громкому голосу;
  • умение защитить решение не криком, а аргументом;
  • готовность признать ошибку, когда цифры говорят о ней.

Терпимость к сложным задачам

Математика приучает к длинным цепочкам рассуждений:

  • вы держите в голове несколько шагов вперёд;
  • не бросаете задачу, если решение не видно сразу.

В геймдеве это важно:

  • AI, который не тупит на углу, не пишется за вечер — там куча маленьких условий.
  • Сеть, которая держит лаги и отвалившиеся пакеты, — это не магия, а неделя-другая итераций.
  • Прогрессия, которая не разваливается на 50-м уровне, — это эксперимент с кривыми, а не “умножим всё на два”.

Язык объяснений для команды

Когда вы понимаете базовую математику, вы умеете объяснить игровую механику:

  • «эта кривая прокачки — не “на глаз”, а обычная ease-in/ease-out, чтобы первые уровни летали, а дальше было плато»;
  • «мы используем логарифмический урон, чтобы не было мусорных статов».

Это облегчает:

  • обучение джунов;
  • коммуникацию с аналитиками;
  • обсуждения с гейм-дизайнерами и художниками.

Часть 2. Реальное применение математики в разработке

От камеры и лута до уровней и прогрессии — математика везде под капотом
От камеры и лута до уровней и прогрессии — математика везде под капотом

Ниже — не учебник, а набор рабочих зон. Почти любую AAA/инди можно разобрать на эти куски.

Геометрия и линейная алгебра: всё, что движется и крутится

Зачем:

  • движение персонажа и пуль;

  • камера;

  • прицелы, конусы обзора, FOV;

  • коллизии и триггеры.

Что реально нужно знать:

  • Вектор = «стрелка» с направлением и длиной (скорость, позиция, направление взгляда).

  • Скаляры: длина, нормализация (привести вектор к длине 1).

  • Проекции и углы: «враг в конусе обзора?», «насколько отклонён прицел».

  • Базовая работа с матрицами/кватернионами для поворотов — часто через API движка, но понимать, что вы вызываете.

Примеры:

  • TPS/шутер: «пуля летит туда же, куда смотрит камера» — это просто позиция + направление камеры, умноженные на скорость и время.

  • Stealth: «видит ли вас враг?» → угол между его forward-вектором и вектором до игрока.

Тригонометрия и интерполяция: плавность и ощущения

Тригонометрия:

круг, синусы, косинусы — база для:

  • прыжков по дуге,

  • колебаний (фонарик чуть “дрожит”),

  • камерных покачиваний,

  • волн/эффектов в шейдерах.

Интерполяция (lerp, easing):

  • Lerp: плавный переход от A к B.

  • Easing-кривые: ускорение/замедление, чтобы анимации не выглядели «роботами».

Примеры:

  • камера плавно догоняет игрока, а не телепортируется;

  • шкала здоровья не «дёргается», а доезжает анимацией;

  • UI-окна появляются мягко, а не как черт из табакерки.

Вероятности и статистика: лут, крит, баланс

Вероятность:

  • шанс дропа, шанс крита, шанс события;

  • кумулятивная вероятность: «сколько попыток, чтобы 90% игроков уже получили предмет?».

Статистика:

  • средние и медианы сессий;

  • распределения урона;

  • разброс времени прохождения уровня.

Реальные задачи:

  • Лут и гача: Не «5% на легендарку, потому что красиво», а расчёт: сколько матчей нужно, чтобы большинство увидели легендарку и не выгорели.

  • Криты и RNG: Псевдо-рандом, чтобы не было 5 промахов подряд — добавляем «страховку» (increasing chance).

Графы и алгоритмы: уровни, пути, системы

Где живут графы:

  • навигация и pathfinding (A* в уровнях);

  • зависимости квестов и диалогов;

  • генерация уровней (комнаты и коридоры как узлы и ребра).

Что полезно знать:

  • представление мира как графа;

  • A* и его «цену» (где можно упростить);

  • базовая оценка сложности: O(N), O(N²), и почему 10 000 врагов — уже больно.

Примеры:

  • открытый мир: как NPC выбирает маршрут, не упираясь в стену;
  • генератор подземелий: вы хотите гарантированно иметь путь от старта до босса → это задача на связный граф.

Анализ и кривые: прогрессия, урон, экономика

Здесь не нужен полный курс матана, но понимание кривых имеет смысл:

  • линейные, логарифмические, экспоненциальные зависимости;
  • как быстро растут числа и как это ломает игру.

Примеры:

  • экспа: первые уровни — быстро, потом всё медленнее (обычно экспонента/квазилог).
  • урон: линейный или с убывающей отдачей (diminishing returns), чтобы не было «одет — бог, раздет — мусор».

Оптимизация и численные методы: чтобы не лагало

Задачи:

  • оценить, где у вас дорого — по памяти, по CPU;
  • приблизительные решения вместо точных, если игрок не заметит разницу.

Математика помогает:

  • понять, что O(N³) на каждый кадр — плохая идея;
  • использовать аппроксимации (таблички синуса, baked-кривые);
  • подобрать шаг дискретизации для физики/симуляций.

Окей, а что делать сегодня? Мини-план прокачки

План прокачки: четыре небольших шага, которые сразу дадут результат
План прокачки: четыре небольших шага, которые сразу дадут результат

Без «садитесь, вот вам три тома вышмата»

Шаг 1. Геометрия и вектора (1–2 недели)

Вспомнить школьную геометрию: отрезки, углы, треугольники.

Разобраться, что такое 2D/3D-вектор, длина, нормализация.

В движке:

  • написать движение по направлению камеры;
  • сделать простой конус обзора врага.

Шаг 2. Интерполяции и кривые (ещё неделя)

Освоить lerp и ease-кривые (хотя бы визуально, в editor curves).

Применить к:

  • камере,
  • UI-анимациям,
  • скорости персонажа (ускорение/замедление).

Шаг 3. Вероятности и баланс

Посчитать вероятность дропа для своей игры: «как часто игрок должен видеть редкий предмет?».

Сделать маленький скрипт/табличку, который симулирует 1000 боёв и показывает распределение.

Шаг 4. Графы и pathfinding

Понять на пальцах, как работает A*:

  • клетки, стоимость, список открытых/закрытых.

В своём проекте:

  • визуализировать путь NPC;
  • добавить ограничение по максимуму узлов (защита от лагов).

Математика в геймдеве: главное не забыть

Не нужна учёная степень — достаточно рабочего набора математических приёмов
Не нужна учёная степень — достаточно рабочего набора математических приёмов
  1. Вам не нужен диплом математика, вам нужен рабочий набор приёмов.
  2. Математика — это не только про «правильно посчитать», но и про умение мыслить, объяснять и спорить по делу.
  3. Каждый новый математический «кусок» лучше закреплять в конкретной игровой задаче, а не абстрактными задачками.

Фух, на этом у нас всё.
Всем бобра и гладкого учения!

25
4
2
1
19 комментариев