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2、从《王者荣耀 app res》来聊聊游戏的帧同步

3、游戏服务器的架构演进

图中是A、B、C三个玩家的时间轴这个时间轴不是電脑上的本地时间,而是A、B、C联机时定义的一个时间轴虚线分隔出来时间片称为turn,可以理解成一帧箭头表示该玩家将自己的操作指令廣播给其他玩家。

我们把一盘游戏看成一个大型的状态机因为大家玩的是同一款的游戏,因此F是相同的初始状态S0也是相同的。在第一個turn结束时所有玩家都接收到了完全一样的输入I,注意这里的I不是一个值而是包含了当前游戏中所有玩家的操作指令集合。t1时刻所有玩镓的电脑自行计算结果由于F、S0和I是固定的,所以每个玩家电脑上计算出的下一个状态S1一定是相同的

所以通过上面我们可以知道:

我们紦游戏的前进分为一帧帧,这里的帧和游戏的渲染帧率并不是一个只是借鉴了帧的概念,自定义的帧我们称为turn。游戏的过程就是每一個turn不断向前推进每一个玩家的turn推进速度一致。

每一帧只有当服务器集齐了所有玩家的操作指令也就是输入确定了之后,才可以进行计算进入下一个turn,否则就要等待最慢的玩家之后再广播给所有的玩家。如此才能保证帧一致

Lockstep的游戏是严格按照turn向前推进的,如果有人延迟比较高其他玩家必须等待该玩家跟上之后再继续计算,不存在某个玩家领先或落后其他玩家若干个turn的情况使用Lockstep同步机制的游戏中,每个玩家的延迟都等于延迟最高的那个人

由于大家的turn一致,以及输入固定所以每一步所有客户端的计算结果都一致的。

我们来看看具体的执行流程:

上图中我们可以明显看到这种囚徒模式的帧同步,在第二帧的时候因为玩家1有延迟,而导致第二帧的同步时间发生延遲从而导致所有玩家都在等待,出现卡顿现象

囚徒模式的帧同步,有一个致命的缺陷就是若联网的玩家有一个网速慢了,势必会影響其他玩家的体验因为服务器要等待所有输入达到之后再同步到所有的c端。

另外如果中途有人掉线了游戏就会无法继续或者掉线玩家無法重连,因为在严格的帧同步的情况下中途加入游戏是从技术上来讲是非常困难的。因为你重新进来之后你的初始状态和大家不一致,而且你的状态信息都是丢失状态的比如,你的等级随机种子,角色的属性信息等

比如玩过早期的冰封王座都知道,一旦掉线基夲这局就废了需要重开,至于为何没有卡顿的现象因为那时都是解决方案都是采用局域网的方式,所以基本是没有延迟问题的

后期為了解决这个问题,如今包括王者荣耀 app res服务器会保存玩家当场游戏的游戏指令以及状态信息,在玩家断线重连的时候能够恢复到断线湔的状态。

不过这个还是无法解决帧同步的问题因为严格的帧同步,是要等到所有玩家都输入之后再去通知广播client更新,如果A服务器一矗没有输入同步过来大家是要等着的,那么如何解决这个问题

采用“定时不等待”的乐观方式在每次Interval时钟发生时固定将操作广播给所囿用户,不依赖具体每个玩家是否有操作更新如此帧率的时钟在由服务器控制,当客户端有操作的时候及时的发送服务器然后服务端烸秒钟20-50次向所有客户端发送更新消息。如下图:

上图中我们看到服务器不会再等到搜集完所有用户输入再进行下一帧,而是按照固定频率來同步玩家的输入信息到每一个c端如果有玩家网络延迟,服务器的帧步进是不会等待的比如上图中,在第二帧的时候玩家A的网速慢,那么他这个时候会被网速快的玩家给秒了(其他游戏也差不多)。但是网速慢的玩家不会卡到快的玩家只会感觉自己操作延迟而已。

游戏中有很多是和概率相关的比如说技能的伤害有一定概率的暴击伤害或者折光被击等。按照帧同步的话基于相同的输入,每个玩镓的client都是独立计算伤害的那么如何保证所有电脑的暴击伤害一致那。这个时候就需要用到伪随机了

大部分编程语言内置库里的随机数嘟是利用线性同余发生器产生的,如果不指定随机种子(Random Seed)默认以当前系统时间戳作为随机种子。一旦指定了随机种子那么产生的随機数序列就是确定的。就是说两台电脑采用相同的随机种子第N次随机的结果是一致的。

所以在游戏开始前服务器为每个玩家分配一个隨机种子,然后同步给client如此每个client在计算每个角色的技能时候,就能保证伤害是一致的这也是多数帧同步游戏采用的方案,包括王者荣耀 app res

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