Tetris: come si finisce un gioco infinito?

Si fa presto a dire finire Tetris. Oggi scopriamo quanto è difficile e quante cose interessanti può nascondere un videogioco di quasi 40 anni fa.

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Fonti dell'episodio

https://www.smartworld.it/news/come-si-fa-a-finire-tetris.html
The First Time Somebody Has Ever "Beat" Tetris
Tetris scoring
why clearing a single at level 155 crashes nes tetris
why the colors glitch out at level 138
AMAZING Tetris Survival By Rolling Inventor Cheez
AI BREAKS NES TETRIS! - 102 MILLION and level 237
https://value4value.info/

Crediti

Sound design - Alex Raccuglia
Voce intro - Maria Chiara Virgili
Voce intro - Spad
Musiche - Kubbi - Up In My Jam, Light-foot - Moldy Lotion, Creativity, Old time memories
Suoni - Zapsplat.com
Cover e trascrizione - Francesco Zubani

Episode Transcript

(00:00):
Probabilmente anche tu come me all'inizio di quest'anno avrai sentito parlare del ragazzo

(00:06):
di 13 anni che per primo ha completato il mitico videogioco chiamato Tetris, la notizia
era un po' dovunque sul web ed è stata perfino al telegiornale.
Quando ne ho letto ho deciso così, per curiosità, di andarmi a guardare il momento della vittoria
recuperando la registrazione della diretta streaming su YouTube e saltando un po' lungo

(00:29):
la timeline del video ho notato che in sottofondo si può sentire un suono che si ripete di
continuo, una sorta di tamburellio.
Mi sono immediatamente chiesto cosa fosse quel rumore e indagando un po' ho scoperto
una quantità di informazioni interessanti di cui onestamente non avevo idea, questo
episodio è un po' il riassunto di tutto ciò che ho imparato quel giorno su Tetris.

(00:54):
Sigla.
Benvenuti su Pensieri in Codice, il podcast dove si ragiona da informatici, con Valerio Galano.
Willis Gibson, di 13 anni, anche conosciuto come Blue Scooty, è stato ufficialmente riconosciuto

(01:16):
come il primo essere umano ad aver completato il celebrrimo gioco Tetris per Nintendo, dopo
ben 34 anni dalla sua pubblicazione.
Il termine essere umano qui è d'obbligo perché prima d'ora l'impresa era stata realizzata
da alcune intelligenze artificiali sviluppate ad hoc, ma Willis è stato il primo a riuscire

(01:38):
con le proprie sole forze, almeno fra i casi documentati.
Si tratta di un risultato a dir poco fenomenale e non solo per gli ostacoli implementati dagli
sviluppatori come parte del gioco, ma anche per le tantissime anomalie che si presentano
a poco a poco mentre si procede con una partita che si protrae a lungo nel tempo.

(02:00):
Solo guardando il filmato di Willis, infatti, si notano già immediatamente tutta una serie
di problemi.
Il contatore del punteggio, ad esempio, raggiunge il massimo, cioè circa un milione, a livello
27, quando il video è ancora a meno di un quarto del totale, e poco dopo, a partire
dal livello 29, va in tilt anche il contatore dei livelli stessi, che inizia a mostrare

(02:24):
numeri e lettere non più sequenziali.
Ma, al di là di tutti questi dettagli, seppur interessanti, la domanda forse più ovvia,
la prima che dovrebbe sorgere quasi immediatamente quando si pensa a come finire Tetris, è che
cosa si intende per fine di Tetris?
Se hai mai giocato una partita a questo gioco in vita tua, infatti, dovresti sapere che

(02:47):
in effetti esso non ha una storia e non ha nemmeno una vera e propria fine definita dagli
sviluppatori come un particolare livello o punteggio o l'atto di svuotare completamente
il quadro.
Probabilmente quando fu progettato e realizzato, almeno nella sua versione per console NES,
che sta per Nintendo Entertainment System, nessuno si preoccupò o immaginò che qualcuno

(03:12):
potesse raggiungere livelli tali di abilità da dover considerare la necessità di stabilire
una fine.
I tetramini, cioè i pezzi di varie forme da incastrare nel gioco, continuano semplicemente
a cadere all'infinito e, per un giocatore inesperto, la fine arriva quando non è più
in grado di piazzarli correttamente e lo schermo si riempie e la partita termina, game over.

(03:36):
Tuttavia, per un giocatore molto esperto come Willis, la questione è completamente diversa.
Il giovane Willis è dunque arrivato alla fine di Tetris, ma come ha fatto?
Beh, devi sapere che per alcuni videogame pensati per procedere all'infinito, può esistere

(03:57):
quello che viene definito il kill screen, in italiano potremmo dire la schermata di
morte.
Fondamentalmente si tratta di un punto del gioco in cui diventa letteralmente impossibile
proseguire per via del fatto che si presenta un qualche tipo di problema o di bug che inficia
il funzionamento del gioco stesso.

(04:18):
Un esempio molto famoso di kill screen è il livello 256 di Pac-Man, che una volta raggiunto
causa l'apparizione di caratteri e simboli casuali che riempiono metà dello schermo
e rendono impossibile di fatto giocare oltre.
Ma ad ogni modo, quale che sia il kill screen o il videogioco in questione, la fine è causata

(04:39):
da un problema sistematico, un momento nel quale cioè il gioco diventa ingiocabile e
che si verifica anche più o meno sempre nello stesso punto del gameplay.
Non è sufficiente quindi che il gioco vada in Crash Una Tantum, ma è necessario che
il blocco avvenga in modo più o meno deterministico ogni volta che si raggiungono precisi punti

(05:02):
di avanzamento della partita.
Solitamente, infatti, la causa di questi eventi è dovuta ad un errore di programmazione o
un limite tecnico dell'hardware su cui gira il software, e ciò fa sì che il problema
si verifichi quando vengono soddisfatte determinate condizioni come il raggiungimento di un certo
livello o un certo punteggio o tempo di gioco.

(05:24):
Nel caso specifico di Tetris, il kill screen è considerato il momento in cui il gioco va
totalmente in crash con audio e video che si bloccano, rendendo ovviamente impossibile
proseguire la partita.
Tale evento è causato dal fatto che, arrivati ad un certo punto, il calcolo del punteggio
richiede così tanto tempo che il sistema non riesce a mantenere il passo con l'avanzamento

(05:48):
del gioco e il software va in tilt.
Per capire il motivo per il quale il gioco va in crash dobbiamo ragionare un po' su come
funzionano la Nintendo e Tetris, e in particolare dobbiamo partire dallo studiare come funziona
l'assegnazione del punteggio.
Il gioco assegna dei punti ad ogni clear, cioè ogni volta che si fanno sparire una o

(06:13):
più linee.
È presente, no?
Si fa in modo che i pezzi vadano a comporre delle linee orizzontali complete e queste
immediatamente vengono distrutte.
Una clear singola, cioè di una sola linea, vale di base 40 punti, una doppia 100, una
tripla 300 e una Tetris, cioè una quadrupla, 1200.

(06:34):
Il punteggio di base della clear viene poi moltiplicato per il numero del livello a cui
si sta giocando più uno.
Quindi, se ad esempio effettuiamo una clear tripla a livello 10, otteniamo 3300 punti,
cioè 300 di base moltiplicato per 11, il livello più uno.
Se invece effettuiamo una singola a livello 99, otteniamo 4000 punti, cioè 40 moltiplicato

(06:59):
100.
Questa semplice informazione è molto importante per noi perché ci fa capire che ad ogni assegnazione
di punteggio la NES deve effettuare tutta una serie di calcoli e soprattutto che questi
aumentano di complessità mano a mano che il gioco va avanti.
Poiché infatti il processore della console esegue le operazioni di moltiplicazione in

(07:21):
forma di somme, maggiori sono i numeri da moltiplicare, maggiore sarà anche il numero
di operazioni da effettuare.
In altre parole, quando è necessario calcolare il risultato di 40 moltiplicato 100, quello
che in effetti il processore va ad effettuare è la somma di 40 più 40 più 40 più 40
e così via per 100 volte.

(07:43):
In pratica ciò significa che con l'aumentare del livello di gioco aumenta anche il tempo
necessario per calcolare il punteggio ed è questo fatto che risulta essere poi il fulcro
del problema che conduce al killscreen.
Nella Nintendo infatti lavorano in collaborazione due processori, uno serve per i calcoli matematici,

(08:05):
la gestione degli eventi, degli input eccetera, e l'altro è adibito alla sola visualizzazione
dei frame sullo schermo.
Un po' come le moderne schede video, la Picture Processor Unit, questo è il nome del secondo
processore, ha una sua RAM nella quale compone le immagini e successivamente le invia allo
schermo.
Per fare il suo lavoro però la PPU ha bisogno che il primo processore le produca le informazioni

(08:33):
che deve rendere in forma grafica, ad esempio il valore del punteggio, la posizione del tetramino
che sta accadendo, l'elenco dei prossimi tetramini e così via.
Ciò significa che ad ogni frame il processore principale deve necessariamente produrre tutti
i dati utili alla PPU per disegnare il frame successivo, e poco importa se sta svolgendo

(08:56):
altre mansioni.
In ogni caso è programmato per mettere in pausa qualsiasi altra operazione e dedicarsi
al compito più urgente.
Capiamoci, si tratta di una strategia questa piuttosto condivisibile e in generale conveniente
per sfruttare al meglio l'hardware della console, tuttavia in determinate condizioni risulta

(09:17):
essere fatale per Tetris.
Il problema sta nel fatto che a partire dal livello 155 il calcolo del punteggio di una
singola clear, per come lo abbiamo descritto prima, necessita di ben 156 somme, una quantità
di operazioni tale da richiedere più tempo di quello a disposizione tra un frame e l'altro.

(09:37):
In questa situazione al processore matematico non resta che mettere in pausa i calcoli per
riprenderli al successivo intervallo fra frame ed è qui che viene aperta la strada ad un
possibile crash.
Prima di interrompere i calcoli, infatti, è necessario archiviare nella memoria RAM
i dati utili a riprendere il processo in un secondo momento.

(09:59):
Così facendo, il processore potrà sospendere il proprio lavoro attuale e dedicarsi al calcolo
delle informazioni per il frame, avendo la certezza che una volta finito potrà riprendere
esattamente da dove si era interrotto.
Il problema, però, è che a volte in questo processo può capitare che le operazioni necessarie
a produrre i dati per il nuovo frame accidentalmente causino la sovrascrittura dei dati sul punteggio

(10:24):
in fase di calcolo archiviati nella RAM.
In parole semplici, al momento dell'interruzione, il processore prende una sorta di appunti
sui calcoli in corso per il punteggio, tuttavia, l'area di memoria in cui questi sono salvati
non è in alcun modo protetta ed è quindi esposta a qualsiasi potenziale modifica.
Dunque, potrebbe capitare che, per sbaglio, il processore stesso vi scriva all'interno

(10:49):
delle nuove informazioni perché nel progettare il frame casualmente finisce per utilizzare
le stesse aree di memoria.
Quando un evento del genere si verifica, esso porta con buona probabilità al killscreen.
Devi sapere, infatti, che la console è ottimizzata per sfruttare al massimo il proprio hardware
e, tra le varie strategie di ottimizzazione, implementa anche l'accesso diretto ai byte

(11:14):
della RAM, sia per scrivere che per leggere i dati in esso archiviati.
Quindi, ciò significa che, quando una volta inviato il frame alla TV, il processore va
a recuperare le informazioni che gli servono per completare i calcoli sul punteggio le
legge direttamente dalla RAM senza effettuare alcun controllo sulla loro coerenza.
Così facendo, però, non può in alcun modo rendersi conto del fatto che, accidentalmente,

(11:39):
potrebbero essere stati sovrascritti.
Semplicemente li prende e li usa.
Non è contemplata in alcun modo la possibilità che le informazioni in quei byte possano essere
corrotte.
Ed è qui che si può verificare il killscreen.
Se i dati sono cambiati, possono non essere più coerenti o addirittura possono essere
diventati uno dei vari comandi di chiusura, che in gergo si chiamano stopopcode.

(12:02):
Non esiste un modo per capire che qualcosa è andato storto, perché in quella porzione
di memoria è lecito trovare uno stopopcode, ad esempio nel momento in cui l'utente decide
di uscire dal gioco.
E così, semplicemente, il gioco non fa altro che rispettare i comandi che ha letto dalla
RAM e ferma sia audio che video, bloccandosi così completamente e dando origine al killscreen.

(12:25):
In tutto questo, la beffa è che, chiaramente, chi ha sviluppato il software ha commesso
un grossolano errore di programmazione, e non tanto perché il gioco crasha, quello
può capitare.
L'errore è molto più banale.
Il punteggio massimo mostrato dall'interfaccia di Tetris, infatti, è di un milione di punti,
anzi, per la precisione, 999999, che tra l'altro si raggiunge abbastanza velocemente

(12:52):
nella prima trentina di livelli.
Il software non può mostrare un valore più alto a schermo, semplicemente perché non c'è
lo spazio nella cornice.
A livello computazionale, però, questo limite è stato implementato in modo un po' ingenuo,
effettuando prima i calcoli e poi riportando il valore al massimo di 999999 in caso il risultato

(13:14):
sia maggiore di tale numero.
In pratica, quindi, ciò che accade è che, arrivato a punteggio massimo, quando il giocatore
ottiene altri punti da una clear, questi vengono calcolati, sommati al totale, e poi la cifra
viene riportata al valore massimo perché in ogni caso non la si può superare.
Con il senno di poi, aggiungere un semplice controllo che evitasse di calcolare nuovi

(13:36):
punti in caso di punteggio massimo già raggiunto probabilmente avrebbe evitato il killscreen
o magari lo avrebbe spostato molto più avanti nel gioco.
Ma, ad ogni modo, le cose stanno come stanno e dunque, a partire dal livello 155, le condizioni
per il killscreen vengono soddisfatte.
Da quel momento in poi è solo questione di tempo perché appaia uno stop-hop code nel

(13:59):
byte giusto.
Nel caso di Willys, ad esempio, il gioco si è bloccato a livello 157.
Capito quindi a che punto si trova la fine di Tetris, potresti ora pensare che semplicemente
basti accendere la Nintendo, prendere il controller e giocare finché non si raggiunge il killscreen,

(14:22):
ma non è proprio così.
Devi sapere che per molti anni si è pensato che l'ultimo livello giocabile di Tetris
fosse il 29.
La velocità di caduta dei tetramini, infatti, aumenta con l'aumentare dei livelli ed in particolare
a livello 29 essi raggiungono la velocità massima che corrisponde a ben una linea per

(14:43):
frame.
E dato che il gioco originale in versione NTSC funziona a 60 frame per secondo, ciò
vuol dire che ogni tetramino si sposta alla velocità di 60 linee per secondo e l'intera
schermata è composta da sole 20 linee, quindi di fatto ogni pezzo arriva sul fondo in un
terzo di secondo.

(15:04):
Chiaramente questa è una velocità notevolmente difficile da gestire perché in effetti bisogna
che il giocatore sappia già dove piazzare il pezzo prima ancora che esso inizi la propria
discesa, perché altrimenti un tempo di reazione umano non sarebbe sufficiente a prendere tale
decisione.
Ma al di là di questo, per molto tempo si è pensato che il problema fosse proprio un

(15:26):
limite tecnico dei joypad Nintendo, perché in un terzo di secondo non c'è tempo per tenere
premuto il tasto destro o sinistro a sufficienza per portare il tetramino all'estremità del
quadro.
Per questo motivo si pensava che giocare a tale velocità fosse impossibile e che il livello
29 fosse quindi il livello corrispondente al kill screen, tant'è vero che quello del

(15:50):
livello 155 viene anche chiamato il true kill screen, il vero kill screen, proprio ad indicare
la differenza tra i due.
Solo da pochi anni, invece, i giocatori professionisti di Tetris hanno iniziato ad utilizzare la tecnica
dell'hypertapping per superare il limite tecnico dei joypad.
A parole, l'hypertapping consiste semplicemente nel premere ripetutamente il tasto del controller

(16:15):
per spostare il tetramino più rapidamente, ma nella pratica non si tratta affatto di una
tecnica banale.
Può essere infatti definito hypertapping solo un movimento che permette di premere
il tasto almeno 10 volte al secondo, e per riuscirci i giocatori sono costretti a effettuare
gesti velocissimi e spesso posizionare il controller nei modi più disparati, come ad

(16:37):
esempio sul petto o sulle gambe.
Ma nonostante questa tecnica abbia permesso di superare il livello 29, l'unico modo per
arrivare al 155 è utilizzare la sua evoluzione, denominata rolling, inventata nel 2022 e
da allora diventata praticamente lo standard tra i professionisti.
Il rolling consiste nel tenere il dito fermo appoggiato sul pulsante invece di usarlo per

(17:03):
premere, e sfruttare poi le dita dell'altra mano per colpire ripetutamente il retro del
controller come se si stesse tamburellando con le dita su un tavolo.
In questo modo, la vibrazione prodotta dalle quattro dita che lo colpiscono dal di sotto
spinge il controller e quindi il tasto contro il dito del giocatore e gli permette di eseguire

(17:25):
spostamenti in una sequenza rapidissima e controllata senza sforzi eccessivi.
Il rumore che si sente nel video di Willis e di cui ti ho parlato all'inizio di questo
episodio è proprio causato dalle sue dita che urtano il controller mentre utilizza
la tecnica del rolling.
Come se le difficoltà fino ad ora illustrate non bastassero poi, arrivati al livello 138

(17:52):
si presenta un ulteriore problema, il glitch dei colori.
In Tetris, i colori dei tetramini cambiano di livello in livello seguendo uno schema
ben definito composto da 10 palette che si ripetono.
A livello software, il gioco mantiene in memoria una tabella contenente le 10 palette di colori
in un vettore di 10 posizioni, i cui indici vanno da 0 a 9.

(18:16):
Ad ogni cambio di livello poi un algoritmo effettua un semplice calcolo sottraendo ripetutamente
il valore 10 al numero del livello finché non ottiene un risultato compreso tra 0 e 9.
Quello è il numero della palette da usare.
Per capire quando ha sottratto abbastanza volte 10, l'algoritmo controlla se il risultato

(18:37):
dell'operazione è negativo.
In caso affermativo decide che il precedente valore è quello da scegliere.
Quindi, se stiamo giocando a livello 29 ad esempio, il sistema sottrae 10 e ottiene 19,
poi sottrae 10 e ottiene 9, poi sottrae ancora 10 e ottiene meno 1.
Meno 1 è negativo, quindi il valore precedente, cioè 9, è quello da scegliere nella tabella

(19:02):
dei colori.
Il problema qui sta nel fatto che il risultato di questo calcolo viene archiviato in memoria
in un singolo byte e, siccome parliamo di un numero che può essere sia positivo che
negativo, tale byte può contenere al massimo i valori che vanno da meno 128 a più 127.
Questo intervallo di numeri è determinato dal fatto che un byte è composto da 8 bit

(19:27):
e per rappresentare un numero intero dotato di segno, il primo bit viene utilizzato per
rappresentare appunto il segno, cioè il più e il meno e gli altri 7 per le cifre.
In una tale condizione, arrivati nel gioco al livello 138, il valore risultante dalla
differenza di 138-10 è uguale a 128, ma in un byte singolo la rappresentazione in bit

(19:52):
di 128 è esattamente identica a quella di 127.
Per questo motivo la console crede che la sottrazione di 138-10 produca un risultato negativo pari
a 127 e quindi, secondo l'algoritmo per la scelta della posizione in tabella descritto
prima, è giusto scegliere come indice l'ultimo intero positivo precedente, cioè 138, ma

(20:18):
in una tabella che va da 0 a 9 la posizione 138 ovviamente non esiste.
Ciò che accade quindi è che viene selezionata per la scelta dei colori un'area di memoria
adibita a tutt'altro compito e la conseguenza è che i valori utilizzati per i colori sono
totalmente sbagliati, sono dati che servono ad altro.
Per via di questo errore, quindi, a partire dal livello 138 i tetramini diventano di colori

(20:43):
inusuali, che non sarebbe neanche un problema se non fosse che in alcuni casi essi sono
così scuri da essere quasi invisibili a schermo.
In particolare, il livello più problematico in assoluto in questo senso è il 148, che
è stato addirittura soprannominato carbone proprio per via del fatto che i tetramini
sono così scuri da essere quasi neri come lo sfondo della schermata di gioco.

(21:07):
Bene, spero di averti raccontato anche oggi qualcosa di interessante, quando ho scoperto
tutti questi dettagli su Tetris io sono rimasto particolarmente colpito.
Prima di chiudere però un paio di avvisi importanti.
Innanzitutto Google Podcast chiude, se lo utilizzi dovresti già saperlo, ma ripeterlo

(21:31):
non fa mai male, in ogni caso ti consiglio di passare ad un'app di podcast più moderna
e completa, che magari supporti le funzionalità del Podcasting 2.0.
E a proposito di Podcasting 2.0 ti ricordo poi che Pensieri in Codice aderisce alla filosofia
Value for Value, il che vuol dire che io mi impegno a produrre episodi interessanti,

(21:52):
gratuiti e liberi da pubblicità e in cambio tu, ascoltatore o ascoltatrice restituisci
un po' del valore che ricevi attraverso una delle tre T, Time, Talent o Treasure.
In parole povere valuta quanto vale per te questo progetto, quanto ti dispiacerebbe se
non esistesse e poi scegli se restituire un po' di questo valore nella forma che preferisci,

(22:17):
impiegando un po' del tuo tempo, condividendo gli episodi, portando nuovi ascoltatori o
lasciando una recensione su Apple Podcast ad esempio.
Impiegando il tuo talento, ci sono tante cose che potrebbero servire, dalla gestione
dei social allo sviluppo di qualche parte del sito, dei servizi di automazione alla
scrittura di episodi o qualsiasi cosa che puoi proporre anche tu direttamente.

(22:39):
O infine, ma veramente come ultima spiaggia, impiegando il tuo tesoro, cioè i tuoi soldi,
quindi facendo una piccola donazione.
In tutti i casi io ti ringrazio e trovi le informazioni sul sito pensieriincodice.it
o nel gruppo Telegram.
Oggi un ringraziamento speciale va a Guelf Alexander per la sua super donazione, a Edoardo

(23:00):
e Carlo per la loro donazione mensile, ad Antonio per aver realizzato e migliorato lo
script di condivisione delle news nel gruppo Telegram e a Francesco per la locandina dell'episodio.
E a proposito, da qualche tempo nel gruppo Telegram sto anche condividendo un bel po'
di articoli interessanti che leggo ogni giorno, che è un altro buon motivo per unirsi, no?

(23:21):
E basta così, spero di non dimenticare niente e nessuno, noi ci sentiamo al prossimo episodio
ricordando sempre che un informatico risolve problemi, a volte, anche usando il computer.