《毁灭战士》（DOOM）是1993年发布的经典第一人称射击游戏，凭借开创性的游戏体验，深刻影响了游戏史。然而，除了娱乐价值之外，神奇的是，这款游戏引擎本身具备强大的计算潜力，甚至被证明是图灵完备的。图灵完备性代表着一个系统能够通过特定构造，执行任何可计算的任务，换句话说，《毁灭战士》的游戏世界实际上可以模拟一个通用计算机。本文将深入介绍如何利用《毁灭战士》的游戏机制构建计算单元，实现基础逻辑门，最终编织成复杂电路，包括演示半加器等应用，揭开这款老游戏背后的计算奇迹。 理解图灵完备性是揭示这一秘密的关键。图灵完备性是计算理论中的重要概念，指一个系统能够实现图灵机的计算能力。
图灵机是一种理论上的抽象机器，能够通过有限的规则处理无限的计算任务。在实际意义上，任何图灵完备的系统都可以模拟其他任何图灵完备的系统。对游戏而言，这意味着游戏自身提供的机制足够灵活和强大，以表现计算逻辑。这种现象在游戏界被称为“游戏中的编程”或“游戏作为计算平台”。 在《毁灭战士》的游戏世界里，玩家置身于由顶点、线条和多边形构成的地图中。这些地图不仅提供视觉和几何结构，其内部关联的数据还包含动态交互元素——可移动的地板、开关门、升降机及照明变化等。
这些交互由“linedef”——地图中连接顶点的线条及其附带动作属性来驱动。玩家或游戏角色（怪物）穿越这些触发线时，可以激活相应的游戏事件。该机制暗含了模拟逻辑电路的可能性。 设计计算电路的首要难题是如何用游戏机制来表现基本逻辑门，如与（AND）、或（OR）、非（NOT）门。由于逻辑门是实现计算机的基石，能够构造这些门意味着我们可以实现任意复杂的逻辑和运算。《毁灭战士》的Linedef触发动作及升降机机制为逻辑门的构建提供了硬件基础。
例如，研制者将游戏中的升降平台视为开关，怪物充当信号载体。怪物动作通过触发升降机来代表输入信号，升降机的升降状态则表现逻辑门的输出。 在OR门的实现中，有两条独立的触发路径对应两个输入信号。怪物通过任意一条路径触发升降机，使其下降至允许怪物通过的位置。只要任意一个输入为真，升降机就会激活，表现逻辑“或”关系。此外，《毁灭战士》引擎中升降机的触发机制具备阻塞特性，即当升降机已激活时，其他激活信号会被忽略。
这种机制自然防止重复信号干扰电路运行，增添了系统的可靠性。 AND门的实现则更为细致。它需要怪物同时通过两条路径以激活两个升降机。只有当两个升降机都处于下降状态时，怪物才能最终通过。这正象征着逻辑“与”的判定——只有当两个输入信号都为真，输出才为真。通过地图中不同升降机和触发线路的合理搭配，游戏世界的动作巧妙反映了逻辑运算。
更复杂的是NOT门的构造。因为NOT门需要将信号反转，表现为输入为真时输出为假，输入为假时输出为真，在游戏中表现为让怪物无法通过时触发真信号，通过则为假。这种反转逻辑通过 alterations in floor height（升降平台下降成“沟壑”阻断路径）实现。怪物通过的路径被设计成，当输入为真时，通路被“陷阱”阻断，防止通过；为假时则通路畅通。利用升降机最低邻接区域的特性，成功构筑出符号性的逻辑非门。 尽管有这些基础电路设计，要实现稳定运行还需要考虑计时同步及电路冲突问题。
游戏引擎内怪物行为会受多种因素影响，如怪物试图追击玩家，触发动作的响应延迟等。开发者通过设计“时钟信号”机制来协调各逻辑单元的激活时间，即将怪物置于特定地图“岛屿”上，通过定时下降的平台控制它们参与逻辑门的激活，使得输入信号有序传递，避免冲突和竞态条件。 在此基础上，可以将多种门组合为更成熟的计算部件。文章中展示了一个半加器电路的构造。半加器是一种用以计算两个二进制数字之和的简单电路，能同时输出和与进位。利用前述逻辑门的演化组合，半加器不仅展示了游戏地图内存储与运算的建立，也证明了游戏中潜在的计算能力。
开发者们将这些复杂结构嵌入到《毁灭战士》的自定义地图文件中，用专业编辑工具如Doom Builder设计电路布局，然后通过游戏引擎实际运行。这不仅重申了游戏引擎为图灵完备的事实，也掀起了游戏计算机科学爱好者间的热议。 然而，必须承认，游戏引擎原本并非为充当通用计算机而建，因此存在诸多限制。首要的制约因素是标签数量限制，DOOM引擎中系统使用16位标识符为触发事件寻址，故理论上最多可支持65535个逻辑门。这一规模虽足以构建基础计算单元，但构建复杂运算器将很快触及上限。除此之外，输出机制依赖于怪物激活的触发器、升降机或传送门，使得数据传输形式相对单一，限制了交互和输出的多样性。
随着现代DOOM引擎移植版本（source ports）的兴起，系统功能得到极大增强，例如能使用更多互动机制、复杂脚本和道具模拟，甚至扩展了逻辑电路的表现力与规模。借助这些现代化改进，进一步挖掘游戏内隐藏的计算潜能成为可能。 这一探索并非仅仅是学术好奇心的展现。通过实践，玩家和开发者能够从游戏机制中理解布尔代数及数字电路的基本原理，激发编程与硬件设计兴趣。游戏作为一个互动媒介，突破了传统讲授方式，将复杂数学及计算理论化繁为简，让更多人具象化这些抽象概念。 总结而言，《毁灭战士》的引擎通过灵活独特的地图机制，实现了图灵完备的计算功能，这不仅展现了游戏编程的无限可能，也反映出创意技术如何跨界融合。
无论是游戏爱好者、程序员，亦或是计算机科学研究者，《毁灭战士》内部隐藏的计算世界都给予了他们广阔的探索空间。相信随着技术的不断进步，未来还有更多经典游戏背后的“计算秘密”等待被发掘。与其仅作为娱乐，《毁灭战士》如同一台被巧妙“编程”的恶魔计算机，在数字艺术与科学交汇处闪耀着别样的光芒。
