【參考博文】GAD-網(wǎng)絡(luò)游戲同步技術(shù)

引言

　　幀同步的形式很泛，根據(jù)不同游戲，使用的技術(shù)范圍又不一樣，所以大家都在講方法論，要全面覆蓋可能需要較大的篇幅，所以，我簡單描述下。

　　假定大家對幀同步和狀態(tài)同步有一定的認識，理論上的問題，我就不作過多解釋了。

　　大家都知道，幀同步的核心是一致性，通過一致性的算法，使得各端輸入一致的情形下，輸出也是一致的，以此，可以解決同步的根本問題——仲裁的結(jié)果是一致的。

　　嚴格的幀同步，實現(xiàn)起來，解決算法一致性、輸入一致性的問題基本就能實現(xiàn)了，然而實踐過程中，由于網(wǎng)絡(luò)延時、抖動、用戶實時體驗帶來了一些其他的問題，使得問題解決起來變得更復(fù)雜，為了把問題聚焦，這部分內(nèi)容我們就不重點討論，后面的篇幅，主要聚焦在如何保證算法一致性和輸入一致性。

1.算法一致性（或者確定性）

　　算法不一致的主要原因是數(shù)值計算不一致和算法流程不一致。

數(shù)值計算。?
浮點數(shù)的運算精度，在不同機器上有不同的表現(xiàn)，由此，導(dǎo)致了浮點數(shù)的精度可能導(dǎo)致計算結(jié)果不一致。?
所以，首要問題是把游戲邏輯部分（后續(xù)會有關(guān)于邏輯和表現(xiàn)分離的說明）所使用的浮點數(shù)運算全部改成具有一致性的數(shù)值運算。

那么，怎么實現(xiàn)一種數(shù)值運算，既具有小數(shù)的表達能力，又有一致性的運算結(jié)果呢？?
常規(guī)方法中，盡管形態(tài)多樣，但理論來講，基本都是定點數(shù)（關(guān)于定點數(shù)的實現(xiàn)，可以翻看其他資料）。

工程上，還要考慮定點數(shù)的精度，不同的精度，性能可能不一樣，如何在精度和性能之間做平衡，需要結(jié)合自己的數(shù)值范圍來確定。

綜上所述，我們導(dǎo)出需要實現(xiàn)的代碼。?
實現(xiàn)1：定點數(shù)?
包含浮點數(shù)計算的常規(guī)算法，包含加、減、乘、除、絕對值、負運算等基本運算，另外，還要根據(jù)自己的使用實現(xiàn)開平方、指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)，三角函數(shù)等。?
其中定義域較大的函數(shù)，一般使用解方程的方法，比如牛頓法，定義域較小或者可以限制到一個周期以內(nèi)的函數(shù)，比如三角函數(shù)，定義域在0-2pi，可以使用泰勒級數(shù)，具體用幾階，要根據(jù)自身對精度的要求，同時，由于有限項的泰勒級數(shù)只在某些定義域區(qū)間較好的擬合度，所以需要在通過數(shù)值分析來論證精度。最后，其實三角函數(shù)可以通過查表法來實現(xiàn)，性能快，精度與所需要存儲的表格大小有關(guān)系。

至此，我們擁有了一致性的定點數(shù)，我們用它來替換浮點數(shù)，然后在有些應(yīng)用場景，邏輯層也會使用到更多的數(shù)學工具，比如向量、矩陣、歐拉角、四元數(shù)等，所以我們得實現(xiàn)這部分數(shù)學工具。

實現(xiàn)2：一致性數(shù)學工具?
1. 向量、矩陣、歐拉角、四元數(shù)?
2.幾何工具：點、線、面、體，各種幾何元素的關(guān)系，相交性檢測（做一個射擊游戲，需要射線檢測來判定是否命中），不是所有的都要寫，用多少實現(xiàn)多少。

除了上述的內(nèi)容，還有邏輯層可能用了物理，物理部分主要包含碰撞檢測和動力學?
比如拋出一個籃球，帶拋物線的，需要一致性的物理運算，籃球碰到框則需要一致性的碰撞檢測，碰到框之后的反饋也可能需要動力學表現(xiàn)（這部分可以是表現(xiàn)層）。

實現(xiàn)3：一致性物理系統(tǒng)?
包含邏輯層需要使用的動力學和碰撞檢測

有些游戲邏輯需要動畫系統(tǒng)支持，比如動作游戲，一個技能觸發(fā)一個動作，動作除了表現(xiàn)層的動畫（比如2D游戲的圖片序列），還有一些影響邏輯的部分，比如動畫控制了攻擊判定框在時間軸的變化，這個時候需要實現(xiàn)邏輯層上的動畫，主要需要解決的問題是，時間要改成整數(shù)或者定點數(shù)，另外，插值數(shù)據(jù)的類型也得使用一致性得數(shù)據(jù)類型，比如位置向量等。

實現(xiàn)4：一致性動畫系統(tǒng)?
與常規(guī)得表現(xiàn)層動畫類似，可以根據(jù)需要簡化。（比如不需要骨骼或者不需要融合）

數(shù)值一致性的常規(guī)問題大致說這么多，還有些其他的內(nèi)容，比如尋路，AI判定等凡是有浮點數(shù)的地方，全部換成定點數(shù)，最終還是需要根據(jù)項目需求，選擇需要實現(xiàn)的內(nèi)容。

注意：定點數(shù)的運算性能比浮點數(shù)差很遠，數(shù)量級在10-100以上，需要評估性能，好規(guī)劃策劃設(shè)定的問題規(guī)模。

前面講到，算法不一致的另外一個原因是：流程不一致。?
流程不一致的主要原因，可能是輸入導(dǎo)致的，也可能是架構(gòu)導(dǎo)致的。

輸入導(dǎo)致的算法流程不一致，這個問題，我們把它歸到輸入一致性，后面討論。?
主要討論架構(gòu)導(dǎo)致的流程不一致。

首先，幀同步需要在架構(gòu)上做邏輯和表現(xiàn)分離，那么，什么是邏輯，什么是表現(xiàn)，其實沒有絕對的定論，一般來說，對游戲結(jié)果有影響的部分為邏輯，對游戲結(jié)果沒影響，只影響視覺、聽覺、和其他與游戲結(jié)果無關(guān)的用戶交互的部分為表現(xiàn)。

整個幀同步的運行體系，簡單的模型歷程流程大致為：?
游戲框架跟從網(wǎng)絡(luò)收取同步包->上傳用戶輸入->分發(fā)同步包給邏輯內(nèi)核（用戶輸入）->邏輯內(nèi)核更新->邏輯內(nèi)核發(fā)送消息給表現(xiàn)層->表現(xiàn)層更新

需要注意的幾點：?
1.邏輯更新頻度和表現(xiàn)更新頻度不一致?
2.邏輯內(nèi)核更新的時間片是等間隔的，表現(xiàn)不一定?
3.同步包的內(nèi)容是所有用戶在某個時間片以內(nèi)的輸入

容易出錯的地方是，邏輯層和表現(xiàn)層交織在一起，表現(xiàn)層影響邏輯層，導(dǎo)致算法流程不一致。

所以，幀同步實施的第一要務(wù)是明確分離邏輯層和表現(xiàn)層。

輸入一致性

　　完了算法計算一致性，接下來，我們要討論，輸入一致性的問題。?
這里所說的輸入比較籠統(tǒng)，整理講的是邏輯層的輸入，包含一些全局變量、隨機數(shù)的種子等等，最重要的一個問題是，邏輯層每幀的時間間隔是固定的，沒有特殊需求的話，建議用整數(shù)表示，精確為毫秒。

一致性的細節(jié)問題還有很多，先大概講這么多吧。

解決了一致性問題，一個嚴格的幀同步模型，后續(xù)實施就相對輕松了。

強調(diào)下，為什么反復(fù)提“嚴格”的幀同步模型，因為實際運行過程中，很可能出現(xiàn)不嚴格的模型，當網(wǎng)絡(luò)延時較大、抖動、以及游戲?qū)斎腠憫?yīng)有更高要求的時候，需要做一些預(yù)先的表現(xiàn)（表現(xiàn)層的預(yù)測），當結(jié)果預(yù)測不一致的時候，需要回滾，這個跟狀態(tài)同步差不多，當然也有邏輯層的預(yù)測，算幀同步的高級應(yīng)用，目前少有游戲使用。

最后，說下回放、斷線、反外掛、注意事項

幀同步實現(xiàn)回放有天生的技術(shù)優(yōu)勢，因為有了一致性的保證，存儲初始數(shù)據(jù)和用戶輸入，邏輯內(nèi)核啟動播放模式，將時間軸的用戶輸入，按照時間軸消耗即可。

斷線其實是回放的變種，應(yīng)用形態(tài)不一樣，技術(shù)差不多，可以不驅(qū)動表現(xiàn)。

反外掛，幀同步的游戲結(jié)果是所有客戶端一起說了算，算法一致性保證了大家的結(jié)果是一致的，可以簡單使用少數(shù)服從多數(shù)的方式來判定誰用外掛，兩方數(shù)量一致（或者差不多）的情形，可以使用部署在仲裁服務(wù)器上的邏輯內(nèi)核來計算結(jié)果，以服務(wù)器為準。

注意事項?
幀同步適用的情形：參與玩家數(shù)量不多（人數(shù)影響單個同步包的大小）?
有利情形：各端需要同步的NPC數(shù)量眾多、游戲邏輯運算量很大

大概就這么多，表達能力有限，感覺也沒講清楚，只是希望對你有所幫助。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【网络游戏同步技术】帧同步的一致性的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。