游戏帧同步的基础概念

两种帧同步方式
1.状态同步:客户端发送游戏到服务器,服务器计算游戏行为的结果,然后通过广播下发各种状态,客户端收到状态后进行显示。
2.帧同步:客户端发送游戏动作到服务器,服务器广播转发所有客户端的动作(或者客户端通过P2P转发),客户端根据收到的游戏动作来做游戏运算与显示。

两种方式的比较:
帧同步方式广播的数据量比同步状态要小很多,当游戏中的对象特别多的时候,这种方式优势比较明显。相反状态同步能得到更多安全性上的好处,比较容易防止外挂。

帧同步
一般的帧同步系统中,有一个RelayServer负责广播(转发 )所有客户端的数据。为了让客户端持续运行,需要定时下发“网络帧”来驱动客户端。在玩家有输入的时候,会将玩家的操作的数据填入网络帧数据包。

在游戏引擎中一般我们通过Update函数在每帧渲染前进行更新,在帧同步的游戏中我们将Update中的功能转移到UpdateByNet中,通过网络驱动。

帧同步技术要点
1.由于每一帧都要进行广播,广播效率要高,这样要求广播数据足够的小。最好每一个网络帧能在一个MTU以下,这样才能有效降低底层网络延迟。
2.为了提高实时性,一般倾向于用UDP而非TCP协议,这样底层处理会更有效率,但是这样也带来的对包乱序的可能性。因此通过冗余的方式--每个数据包包含过去两到多帧的数据,对抗丢包。

每次发送数据128Byte,8个玩家,冗余帧2帧,一个网络帧数据包大小12882 = 2048字节,每秒发15个网络帧,占用带宽2KB * 15 = 30KB/S

3.降低广播数据量的方法:
多数游戏引擎位置数据采用浮点数,将高精度浮点数变为单精度浮点数或者整数来广播。
编写序列化函数,通过序列化库将对象转换成字节数组去广播。针对特定的数据对象编写序列化函数,合并和裁剪一些数据,达到最小化数据长度的目的。
4.网络情况不一致,或者玩家在中途加入游戏,发生临时拥堵,称之为 “ 网络抖动 ” ,客户端要有处理堆积的网络数据的能力。加速播放 —— 受到网络数据处理完游戏逻辑在同一个渲染帧又接受处理,加速赶上服务器广播的最新游戏进度。
5.客户端渲染帧率大于网络接受帧率,所以我们并不是每个渲染帧都发送玩家操作。正确控制发包频率,最好是收到一个网络下行帧,再发送一个上行游戏操作。

流畅度的优化
同步游戏最重要的是流畅,影响游戏流畅的因素很多,网络带宽、CPU运算和渲染效率等。
1.牺牲流畅度的一致性,比如几个玩家一起打电脑控制的怪物,玩家关心怪物怎么被打败的,而对玩法本身容忍不一致,所以不一致也问题不大,这样我们可以把一些逻辑放到Update中,这样就算网络比较卡,画面中很多东西也不会被卡。
2.牺牲实时性,使用延迟技术,当玩家网络不是很稳定的时候,如果总是玩家完成动作立刻发包,可能会出现玩家一会快一会慢的情况,我们可以做一个网络帧的缓冲区,平滑数据包。
3.让每个客户端定时发送一个网络帧到服务器上,所有客户端收到完整的其他客户端的“心跳帧”才能开始一次游戏逻辑,这样让所有客户端互相等待,让游戏最大的平衡和流畅。

参考:https://blog.csdn.net/hbysywl/article/details/80533793

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