“不到一年以前，硬體的處理能力還不足以讓我們動态生成遊戲中水的運動效果，”Lee Bamber(李.巴姆博)說，他是遊戲創造者(The Game Creators)公司的創始人，一位有20年從業經驗的程式員。過去的遊戲中用實景動畫來表現火焰，現代遊戲則着重于通過火焰的變形和粘性來表現動态的煙霧和焚燒效果。
1.硬體處理能力 processing power
問題：如果電腦的運算速度跟不上遊戲指令，畫面會跳幀，徹底毀掉玩家的遊戲體驗。計算能力的限制始終是遊戲制作中最令人頭痛的問題。此外，它跟本文提到的其他問題都有關系，從實作人工智能到創造真實的實體引擎。
現狀：多核技術同時使用多個處理器或者圖形處理單元來提高計算能力，可以加速遊戲的運作。但是現在的程式員還沒有掌握多核處理器上的程式設計技術——使他們無法有效地利用這項技術。(PS3的包含8個3.2GHz處理器，可惜現在很少有程式員掌握了相應的程式設計技術)傳統的程式設計思維是如此的根深蒂固，程式員還是習慣用會計師的語言(啊！這個雨的特效消耗資源太高啦)來表述問題，并未掌握已有的工具。
未來：摩爾定律——晶片上內建的半導體數目每兩年翻一番——意味着未來将會有更強的計算能力。(圖形處理晶片巨人Nvidia宣稱一直以超過摩爾定律的速度更新它的晶片，在不到一年的時間内使晶片的處理能力翻倍)但是程式員的雄心總是走在硬體發展的前面，正如一位設計師指出的：“我們的能力越強，獲得的成功越大，我們期望也越大” 對更強計算能力的渴求将永遠伴随着CPU和GPU處理能力的快速發展。
2. 水
描繪出流動的海水
問題：數學方法已經能奠定了計算最精細的液體流動的基礎，比如一毫米見方以内的水面特效。遊戲必須通過所有這些細節組合成整個海洋的效果。“不到一年以前，硬體的處理能力還不足以讓我們動态生成遊戲中水的運動效果，”Lee Bamber(李.巴姆博)說，他是遊戲創造者(The Game Creators)公司的創始人，一位有20年從業經驗的程式員。
現狀：“黏度是關鍵，”羅恩.法第奎(Ron Fedkiw)表示。羅恩是斯坦福大學計算機科學系的助理教授(associate professor)，他緻力于電影特效的研究，像星球大戰前傳三：西斯的複仇，以及現在的變形金剛。現在他正在與工業光魔公司合作。“高黏度”——類似于固體之間的摩擦——“比較容易表現，黏度稍微降低，表現會變難；而對于水，難度更大。”數學模型能夠描述水的運動，法第奎承認，但是隻有超級計算機才能滿足其運算需要。
未來：遊戲開發者正在試驗粒子系統，一種由一組顆粒組合而成的系統，所有粒子都以特定的規則對外界做出反應。然後，随着處理器性能的慢慢地增強和算法的改進，使用湍流模型——計算實體學中模糊預測(BallPark Estimate)的等價模型——能夠繪制出更加真實的液體飛濺、氣泡和波浪效果。——J. W.
3. 人臉
用提線木偶模仿活人
問題：分析和重制人類最熟悉同時也是最微妙的面部表情已經困擾了藝術家和科學家數百年時間。現在，遊戲制作者為了創造更加可信的遊戲角色，正試圖改進前人的成果。如果角色的面部過于真實，玩家會感到難以接受，這種現象被稱為“深谷效應”：由于人眼對熟悉的物體觀察更加細緻，導緻拟真的人物在極像人類的階段引起觀察者的強烈反感。“太真實的物體讓人起雞皮疙瘩，”比爾.範.伯恩解釋道，比爾是Valve的半條命2(half-life 2)的制作人員，“你會注意任何一個微小的細節(讓人不适)。”
現狀：Valve的開發人員希望給出一套規則，按照這套規則來産生遊戲角色的表情，以表達真實的情感。心理學家保羅.艾克曼(Paul Ekman)和沃勒斯.佛萊森(Wallace V. Friesen)在研究解剖學和人類交流時定義了人類面部活動的分類，包括60中基本的面部活動。Valve的開發人員以此為基礎來建構人類的面部表情。他們發現，恰當的眼部活動對生成逼真的人臉至關重要。“如果眼睛不對勁，人物看上去就像死人，”Valve的資深軟體工程師肯.波德維爾(Ken.Birdwell)指出。他曾經花一年時間來研究眼球的生理結構、學習相關的知識，比如角膜的弧度如何影響光的反射，以及為何瞳孔偏心不是4度會使人被認為是斜視。
未來：克服“深谷效應”相當困難。程式員正緻力于增加人臉表情的多樣性，賦予不同部位的面部皮膚以不同的光澤(sheen of skin stretched across facial muscle)。當然，在遊戲開發商鑽研心理學和仿真機器人的同時，處理器的速度必須跟上新技術的需求。
4.人工智能
讓1000個孩子一夜之間學會獨立思考
問題：曾經，遊戲中的壞蛋僅僅是毫無目的地漫遊，在快要被你打死的時候才開槍射擊。現在玩家對此已經不再滿足啦，他們希望對付更狡詐的敵人，還要有可以協助他們的可靠的同伴。盡管目前的人工智能已經複雜到能夠滿足這樣的需要，但是處理器速度限制了它們的應用。“我們隻能盡量讓角色看起來聰明一些，”馬修.梅澤羅(Mathieu Mazerole)說，他是育碧《刺客信條(Assassin’s Creed)》的首席工程師。
現狀：賦予遊戲角色像人一樣的決策能力需要使用進階的邏輯理論。頂尖的機器人工程師使用這種理論，包括決策樹、可變巡航(Mobile Navigation)和有限自動機模型。這些技術使遊戲中的敵人更加智能，比如在《刺客信條》這樣的遊戲裡，追蹤你的敵人會形成小隊、爬樓、越過屋頂。“有時候電腦自己找到了我們都沒想過的路徑，”馬克.布萊斯納(Mark Bresner)說，他是該遊戲的首席人工智能程式員。“産生真實的射擊偏斜效果真的很難，”尼爾.約翰遜(Neil Johnson)說，他是二戰遊戲《戰火兄弟：地獄之路》的程式員。“電腦自動瞄準視線中的目标，百發百中。我們不得不讓他們每次都瞄準玩家的腳開火。隻能用這種‘蹩腳’的辦法”。
未來：馬澤羅爾(Mazerole)預測下一代的人工智能将能夠獨立地與遊戲中的角色進行動态的互動。“兩個‘人’走路撞在一起，正好他們脾氣都比較‘暴躁’，這時候他們應該打起來——這就是我們将來要達到的效果。”——J. W.
5.光影效果
重制上帝造物——要有光
問題：穿越叢林需要強健的身體——而生成逼真的叢林對遊戲開發人員來說同樣是一個難題。為了生成數英裡布滿濃密植被的遊戲場景，第一人稱射擊遊戲《危機》(Crysis)的開發商Crytek需要為不計其數的多面體添加光影效果。而且為了實時計算，開發小組必須把運算量維持在處理器能承受的範圍内。不同于電影特效師，能夠花大量的時間繪制一幀圖檔，然後由計算機在一天之内生成最終的畫面。Crytek的首席執行官凱渥特.耶利(Cevat Yerli)說：“通常，真實的畫面和生産它時間是互斥的。”
現狀：解決辦法是Crytek公司開發的工具Polybump2。它能将複雜的物體表面轉化成少量多面體組成集合體。此外，開發者進還提出了使畫面表現更加真實的新技術。“我們能夠根據光線的強度模拟人眼的活動，”耶利(Yerli)說。遊戲畫面會模拟遊戲角色的視覺體驗。當走進陰暗的區域，畫面會表現出遊戲角色的适應過程。反之從暗處沖出，畫面将是一片空白，因為角色被陽光緻盲。準備開火吧。
未來：Crytek已經使更好的視覺效果稱為可能，但是特效極限受處理器運算能力的限制。随着處理器速度的提升，遊戲将展現令人歎為觀止的視覺效果：透過冰的光線、雨水甚至是廣闊背景中掉落的物體。
6.火焰
用你的雙手控制空氣
問題：在遊戲中表現火焰是一項嚴肅的問題。用程式生成火的行為跟水很像，差別在于：a) 火焰移動更快，也更複雜；和b) 火要燒毀其他東西。過去的遊戲中用實景動畫來表現火焰，現代遊戲則着重于通過火焰的變形和粘性來表現動态的煙霧和焚燒效果。
現狀：程式員在談火焰效果的時候，不可避免地會涉及硬體——它代表了程式員所能達到的極限。是以，目前遊戲中的火焰大多的是短暫或爆炸的效果。大火熊熊燃燒的景象難以通過程式實作。“我們僅僅是沒有足夠強大的處理能力來準确地表現它，”遊戲創造者(Game Creator)的李.巴姆博(Lee Bamber)說。他提到近幾年圖形處理單元開始從中央處理器接管一些資源消耗極高的任務，比如生成火焰效果。他以Nvidia的Quad SLI——一種整合4顆圖形處理單元的圖像系統——為例子指出硬體工程師通過改進硬體來滿足程式員的需求，。
未來：斯坦福大學的羅恩.法第奎(Ron Fedikiw)已經設計出一種算法，有助于表現各種火焰的變形和粘性：濃煙滾滾的汽油燃燒，紙，甚至是漂在水面上的油的燃燒等等。“未來5年内我們将擁有更優秀的視覺效果，”巴姆博說，“但是要真正改進火焰效果則需要更長的時間。”——J.W
7.材質實體特性
預測沙子應該怎樣從破損的沙漏裡漏出來
問題：僅僅讓建築物具有真實的外觀已經不能滿足現狀了，必須讓它們能夠真實地倒塌。在設計新的摩天大樓時，設計師正在思考如何改進大樓的損毀效果(已有的方法用事先設計好的大樓殘片表現倒塌的大樓；或者播放已經錄制好的大樓倒塌動畫)，并且實時呈現在遊戲中。
現狀：Piexelux娛樂開發名為數字粒子(Digital Molecular Matter)實體引擎，可以模拟物體粉碎、破裂、扭曲和撕裂的效果。它首先将建築物轉化為數百個微小的西面體。在模拟石塊撞擊時，射向建築物的石塊在碰撞點替代了那裡的四面體；接着，引擎根據材料的密度、強度和品質來演算碰撞點周圍的四面體如何互相碰撞、移位，制造出受損部位的連鎖反應效果。“我們第一次仿真玻璃破碎時，把人扔向窗戶然後觀察玻璃以真實的方式變成碎片，足足搞了半小時，”Pixelux的軟體工程師維克.索哈(Vik Sohal)說。
未來：所有使用數字粒子引擎表現的物體都必須遵守一些列實體規律，如楊氏模數，決定物體的硬度；還有泊松比，描述了氣球和蘇打水這類東西的彈性。數字粒子引擎還決定了物體的内力如何聚集，在超過閥值之後使物體在最脆弱的位置破裂。樹長出新枝就是這樣的過程。索哈說數字粒子引擎還可以用于公路場景；它可以構造一個300磅重的令人厭惡的線路維護員，并表現他鴨子一樣的姿态。——Bjorn Carey
8.真實的運動
教布娃娃學會躲閃皮球
問題：你操縱着絕地武士面對成群的暴風突擊隊，揮舞着光劍殺出重圍。但是敵人倒地的方式都一模一樣，像蜥蜴或者某種爬行動物一樣，顯然這無法讓你感受到面對敵人時的戰栗。原因是缺少足夠強大的計算能力實時生成圖像，另一方面許多制作人員相信錄制動畫能夠滿足需要。遊戲人物的動作根本不真實。
現狀：軟體開發商NaturalMotion基于人工智能引擎生産了一種生成人物行為的引擎——Euphoria。它能讓遊戲人物在面對危險、受傷時做出動态的反應。Euphoria賦予人物虛拟的人體結構——神經、肌肉、骨骼及重量，這些“特點”使得人物能對外界刺激産生不同的響應。面對飛來的箱子，有的人會躲開，另一些則會熱烈地迎接它。當箱子碰到人物，虛拟身體結構做出相應的反應。“這都是基于一個描述人類生理結構的算法，”海頓.布萊克曼(Haden Blackman)說，他是盧卡斯藝術公司的新作《終極力量(The Force Unleashed)》的項目經理，這是第一款使用Euphoria的遊戲。實時仿真免除了使用動畫的需要，開發者可以利用節約的記憶體增加更多的視覺效果，以前這會導緻人物動作呆闆緩慢。最終遊戲能提供多樣的遊戲效果。
未來：我們需要更好的虛拟神經系統。兩個暴風突擊隊員從火車上掉下來，其中一個抓住火車邊緣，另一個緊緊抓住他的腳。“這種場景将提高遊戲的真實性，增加遊戲的樂趣，”布萊克曼說。有了Euphoria這樣的虛拟系統，開發商将持續推出更激動人心的遊戲體驗。
9. 模拟真實世界
讓遊戲搖桿給你方向盤的感覺
問題：Pole Position的時代已經過去了，需要消耗全部的資源來繪制汽車前臉，才勉強看起來像是一輛汽車。現在，程式員希望提供更多的真實體驗——拟真的武器、細膩的飛行控制——甚至是在遊戲中提供快餐，好讓“你”在餓的時候填飽肚子。
現狀：為了達到在風中狂飙的真實效果，開發者正在研究汽車工程學。在美國藝電的《極品飛車：街頭狂飙(Need for Speed: ProStreet)》中，開發小組花費了大量的心思收集車輛的參數，為了取得保時捷的相關資料，他們甚至親身來到保時捷在德國的試車場收集行駛資料。借助全球定位系統和保時捷公司的軟體的幫助，藝電的開發小組記錄了車輛狀态(方向盤角度、刹車、離合器、刹車、閘門等)如何影響車輛的行駛(位置、速度、加速度、偏航)。這些資料直接輸入遊戲，使遊戲中碰撞和駕駛員的動作産生與實際駕駛類似的結果。
未來：我們需要精煉互相對立的經驗。藝電同時研究了駕駛員的行為，據此設計的人工智能使遊戲中的追捕者具有不同的駕駛風格，而不是千篇一律的“完美駕駛”。做比說要難：“開保時捷的可不願意因為事故毀了愛車，”賈克斯.科納(Jacques kerner)說，他是藝電的軟體工程師，“是以我們得讓汽車工程師幫我們取得必要的資料。”——D. C.
10.動作捕捉
讓電腦學會像人類一樣觀察世界
問題：通過穿着動作捕捉服來獲得人類真實動作的方法已經過時了。這種方法需要花數小時訓練電腦準确識别人體的運動模式。但是長時間的運動會讓衣服上的捕捉器脫落。更糟的是，如果捕捉過程中某些捕捉器的信号減弱，電腦就不能有效捕捉對應人體的動作，最終會導緻這部分的動作缺失。為此必須花高價雇傭工程師來重繪缺失的部分，往往還要花更多時間。
現狀：在Organic Motion的Stage系統中，錄影機錄制鏡頭前人物的動作，同時電腦實時生成捕捉到的圖像。這個系統不需要被觀察者攜帶捕捉器。該系統通過由10到14個錄影機生成的圖像合成三維資料雲。電腦将相鄰的資料點三角化，進而形成人體的輪廓、動作。然後被填充的三維材質送入動畫軟體進行進一步的處理，這一步相對簡單。“不會丢失任何細節，”開發者和首席執行官安德魯.茨諾克(Andrew Tschesnok)說，“即使人體某部分被擋住了我們仍然知道它在哪裡。”
未來：新技術的使用使遊戲變得更加真實。過去的動作捕捉系統過于昂貴，開發者隻能先捕捉幾位主要演員的動作，然後将他們的動作移植到所有其他角色上。“現在我們可以令人信服地記錄每一位演員的動作”茨諾克說。使用stage這樣的系統來捕捉人體動作，遊戲人物将跟實物沒什麼差別。