一、項目背景

CF手游的團隊有著相當豐富的FPS游戲制作經驗，但是移動端開發(fā)經驗相對匱乏。團隊面對的挑戰(zhàn)很大，我們需要在手機端完美還原CF十多個游戲模式，上百把槍械手感。

雖然我們有實時對戰(zhàn)FPS游戲開發(fā)經驗，但是手游網絡質量很差，我們需要保證在高Ping值，高丟包率的弱網絡環(huán)境下流暢同步，并且避免外掛的出現(xiàn)。CF端游用戶量很大，手游也會是一個高在線的游戲。對于后臺我們希望能大幅度地提高負載，節(jié)省成本。

二、解決方案

1.移動端實時同步技術

1.1 CF手游的C/S架構

CF手游是競技向的手游，為了杜絕外掛，弱網絡下有良好表現(xiàn)，注重游戲的時效性，最終選擇基于C/S架構使用可靠UDP作為網絡層的同步方案：
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圖CF手游網絡架構

引擎層：Unity的物理引擎是Physx。為了保證兩邊物理算法一致，我們搭建了基于Physx的物理服務器，并對其作出優(yōu)化，同時集成了Recast Navigation等高性能引擎組件為服務器提供基礎功能。

數(shù)據(jù)層：基于我們的關卡工具導出碰撞模型和關卡數(shù)據(jù)提供給服務器，保證數(shù)據(jù)一致。

游戲邏輯層：客戶端使用C#編寫，服務器為了高性能使用C++，保證核心運算一致。客戶端和服務器都會維護一致的邏輯實體，兩邊都做移動計算，服務器會在同樣的位置進行命中傷害計算，并且通知客戶端做表現(xiàn)。服務器永遠是權威，客戶端是啞終端，借此達到高強度的反外掛。

整體C/S架構基于我們實現(xiàn)的UDP網絡層進行快速傳輸。

1.2高性能的Dedicated Server與服務器負載優(yōu)化
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圖CF手游服務器物理世界還原

CFM的即時對戰(zhàn)服務端（DS）是依賴虛幻3引擎開發(fā)過程中積累的經驗，完全為手游重寫的。DS基于PhysX和Recast開源組件開發(fā)，對程序性能有良好的控制。在騰訊標準M1機型配置下，單機綜合承載可以達到8000人。DS反外掛強度接近端游，單機性能比同類端游提高7-8倍。

1.3高時效的UDP網絡層

游戲對網絡有實時性要求高，帶寬要求小的特點。TCP雖然提供了可靠傳輸，但是內置的復雜擁塞控制算法并不是專為實時性優(yōu)化的，也沒有提供較好的方法讓業(yè)務定制化。CF手游實現(xiàn)了自定義的RUDP協(xié)議方案，使用UDP保證協(xié)議實時性，同時通過自定義重傳策略兼顧可靠性，取得了很好效果，主要技術要點包括：

數(shù)據(jù)傳輸分類

CF手游中并非所有數(shù)據(jù)都要求可靠，按游戲邏輯需要，只有不到50%的協(xié)議有可靠性需求，RUDP中只對這部分協(xié)議提供可靠性保證。而非可靠包則保證盡快到達，以滿足游戲的實時性需求。對玩家移動狀態(tài)等信息，由業(yè)務層定時冗余重傳。
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圖CF手游網絡數(shù)據(jù)傳輸分類

客戶端與服務器的交互時序如下：
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圖CF手游網絡數(shù)據(jù)交互時序

快速發(fā)送

發(fā)送方不維護發(fā)送窗口，不等待前面包是否ack，有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時立即發(fā)送。

快速重傳

CF手游使用比TCP更高精度，響應速度更快的重傳策略以保證實時性。
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表RUDP快速重傳策略

帶寬優(yōu)化

主要思路是有損服務和降低不必要開銷。CFM持續(xù)進行了多輪流量優(yōu)化，包括：

1.MTU設計為500+字節(jié)，應用邏輯保證數(shù)據(jù)包大小不超過MTU，避免拆包。

2.減小包頭，8字節(jié)。

3.小包合并。同一幀發(fā)往同一個目標的多個小數(shù)據(jù)包合并為大包，減少包數(shù)量。

4.降低服務端幀率和位置精度，但不影響玩家體驗。

1.4弱網絡移動同步方案

PVP實時玩家同步

CFM采用C/S架構，服務器上會執(zhí)行完整的游戲邏輯。在移動同步上，玩家的位置也是以服務器的位置為準，客戶端1P視角和3P視角分別進行同步和模擬。
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圖CF手游玩家實時同步方案

如上圖所示，客戶端1P根據(jù)玩家的輸入調整移動方向和速度，并把相關信息上報到服務器。服務器對上報的信息進行合法性檢驗之后更新玩家的移動狀態(tài)，并在每個邏輯幀下發(fā)移動信息到所有客戶端。客戶端在收到服務器下發(fā)的移動信息，使用適當?shù)耐剿惴▽ν婕业囊苿舆M行模擬，達到實時流暢的同步效果。其技術要點如下：

客戶端1P即時預表現(xiàn)，避免網絡延遲帶來的操作手感遲滯的問題。

客戶端在接受玩家輸入后，會即時更新本地的移動狀態(tài)，并上報服務器。在收到服務器回包之前，客戶端1P就會按照新的狀態(tài)進行移動，保證玩家的操作在第一時間得到響應。客戶端與服務器物理世界的一致性則保證了客戶端1P預表現(xiàn)的結果和服務器的移動結果是一致的。

客戶端3P進行延遲補償和預測同步，消除網絡因素引入的位置誤差。

在3P的同步模擬上，CFM參考了DR算法（Dead Reckoning）和影子跟隨算法等方案，并針對移動弱網絡的特點，加入了延遲補償和預測同步的特性，解決了在網絡抖動的情況下同步位置差距大和移動過程卡頓等關鍵問題。客戶端收到服務器的移動信息后，會對服務器的移動路點進行過濾和合并，然后構造出3P同步模擬的移動路徑。同時，客戶端會根據(jù)當前與服務器的位置差距以及當前的網絡延遲對模擬移動時的運動速度進行補償，從而保證客戶端3P經過SimulateTime時間的模擬移動后與服務器的位置達到一致。

另外，在移動弱網環(huán)境下，網絡抖動會導致游戲過程中網絡瞬時延遲變大，客戶端在3P同步模擬過程中可能出現(xiàn)服務器下發(fā)的移動信息丟失或者延遲到達的問題。在這種情況下，3P模擬的移動過程就會被打斷，出現(xiàn)走走停停的卡頓現(xiàn)象。為此，CFM在同步模擬的過程中加入了預測同步，在沒有收到服務器信息的情況下，會根據(jù)玩家之前的移動狀態(tài)繼續(xù)預測移動，預測時間為2倍的網絡延遲。在預測移動過程中，如果收到來自服務器的移動信息，則會自動恢復為正常的同步模擬過程，從而保證了3P同步模擬過程中移動的流暢性和連續(xù)性。

服務器延時、丟包補償

丟包時，服務端可能由于移動路徑不連貫而卡在拐角處，需要有補償機制。因為傳輸延遲，從客戶端向服務器發(fā)起移動請求，到服務器開始模擬有時間差。CF手游服務端需要回溯到移動包的歷史時間，再追到當前時間。這樣允許最多減少100-200ms內的C/S不同步現(xiàn)象。另外當客戶端移動路徑部分丟失后，服務端根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，嘗試推算可能的移動路徑。通過嘗試繞路策略避開障礙，在較小范圍內近似模擬客戶端路徑。

應用平滑插值和物理力學。

在移動弱網環(huán)境出現(xiàn)抖動時，服務器的移動信息可能會延遲到達或者扎堆到達，導致客戶端3P同步模擬過程中速度陡變，移動過程忽快忽慢等問題。因此，CFM對同步模擬過程中速度的變化進行了平滑插值，保證速度的變化符合玩家對現(xiàn)實世界變速的認知，提高游戲的真實感。另外，在進行大角度變向過程中，根據(jù)物理力學規(guī)律，玩家角色應該遵循先減速再逆向加速的物理過程。CFM在同步模擬過程中對玩家的此類行為進行了分析判定，并實現(xiàn)了相應的物理模型，避免玩家在變向移動時速度過快難以命中的問題，增強了游戲體驗。
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PVE大規(guī)模怪物同步

CFM的多人PVE模式以末日逃生，僵尸圍城為設定，為了更好地表現(xiàn)尸潮圍堵的感覺，提高玩家闖關過程中的爽快感，必須支持大規(guī)模的怪物行為同步。面對大量怪物帶來的流量消耗及客戶端性能壓力，CFM針對PVE怪物行為的特點重新設計了低誤差，低流量消耗，支持復雜行為的同步方案。
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圖CFM指令式怪物AI同步方案

支持上百AI單位的實時同步，核心問題：
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• 服務器傷害邏輯與客戶端行為表現(xiàn)一致性；
• 怪物群體行為與移動同步；
• 大規(guī)模怪物同步流量控制；
• AI命令按需發(fā)送，降低流量消耗。

在CFM的多人PVE模式中，怪物的移動信息只會在怪物移動路徑變更時進行同步，而不是傳統(tǒng)方案中的每幀同步。怪物路徑更新的頻率約為1~2秒/次，其同步流量消耗只有傳統(tǒng)方案的1/8左右。

通用怪物行為建模，對復雜怪物行為進行抽象。

CFM中怪物種類多樣，怪物行為特別是BOSS技能流程復雜，包括各種連續(xù)技和組合技。CFM怪物同步方案中對怪物的行為進行了抽象，把怪物的行為規(guī)范到統(tǒng)一的流程中，通過對服務器下發(fā)的技能指令進行解釋，生成客戶端技能狀態(tài)機，驅動怪物的復雜行為表現(xiàn)。

PVE大量怪物同步：群體行為

難點：

?常規(guī)尋路導致怪物位置重疊;
?純客戶端方案導致位置差異大;

解決：

?服務器計算怪物群體力，構造移動路徑；
?客戶端根據(jù)下發(fā)路徑進行移動模擬；

效果：

?保證服務器與客戶端路徑一致；
?路徑合包下發(fā)，節(jié)省流量；
?避免客戶端尋路與碰撞計算，提高性能；

2.移動FPS游戲手感

2.1移動端操作手感

FPS競技類游戲，對玩家操作的反應和準確性要求極高，如何在移動端實現(xiàn)良好的操作手感是個很大的挑戰(zhàn)。我們從移動、瞄準和射擊三個維度進行了深度探索和優(yōu)化，不斷嘗試了幾十種手感方案，上百套參數(shù)調整，最終得到了目前的操作手感解決方案。

適配多樣屏幕的操作數(shù)學模型

我們獲取玩家的觸屏輸入Touch，通過計算Touch的位置和DeltaPosition，轉換為角色的移動加速度和視角轉向角度等。

由于屏幕的密度和手機分辨率各不一樣，相同的滑屏物理距離會得到不一樣的DeltaPos，因此CFM在操作模型計算中加入了移動設備的dpi和分辨率因子來解決一致性問題。

抖動手感數(shù)學模型

抖動的主要因素有兩個：一是觸摸的不精確性，另一個是游戲幀率的抖動。觸摸的不精確性，是由于我們手指與屏幕的接觸是一塊區(qū)域，但程序中獲取的卻是一個像素點，并且各個系統(tǒng)的實現(xiàn)也各不一致。

3D Touch

在蘋果推出的新一代多點觸控技術3D Touch后，我們立刻進行了相關的技術預研，最終實現(xiàn)了一種能完美解決操作體驗的手感方案，也成為了首款支持3D Touch的FPS手游，并申請技術專利。我們在跟隨開火的基礎上，加入了按壓力度來觸發(fā)開火（即3D Touch）。在iOS上，我們通過Hook UIKit的事件分發(fā)，從而把按壓力度轉發(fā)到C#層來實現(xiàn)。
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圖CF手游3D Touch

2.2槍械射擊手感

作為經典第一人稱射擊游戲CF在移動平臺上的延續(xù)，CFM力求為玩家還原最真實的槍械手感。CFM結合移動客戶端上玩家的操作方式進行優(yōu)化，創(chuàng)新性的設計自身的槍械彈道數(shù)學模型，此模型成為射擊游戲的標桿：

T字彈道模型

槍械射擊時，子彈射出的最終方向主要由三個因素決定，一是槍射當前瞄準的方向，即玩家希望射擊的位置；二是槍械后座力引起的槍口上抬和左右偏向，形成T字形的主彈道；三是槍管震動和環(huán)境因素對子彈彈道形成的輕微擾動，即子彈彈道的散發(fā)。
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圖CF手游槍械彈道模型

槍械后座力模型

槍械每次射出的子彈的反作用力都會導致槍口上抬和左右偏向，上抬和搖晃的幅度與槍械當前連發(fā)數(shù)成正比，槍口隨著連發(fā)數(shù)的增加逐步上抬，二手QQ交易平臺到達最大上抬幅度后轉為隨機方向的左右擺動。

在槍械停止射擊后，游戲模擬槍口位置在玩家控制下從上抬位置恢復到初始位置，恢復的過程使用彈簧模型，遵循胡克定律。

子彈彈道散發(fā)模型

現(xiàn)實中子彈射出的時候受各種環(huán)境因素影響，會出現(xiàn)小幅度的隨機偏向，子彈的最終射出方向即是在后座力計算后的前向方向疊加上散發(fā)的偏差，彈道散發(fā)的幅度和方向符合高斯正態(tài)分布。因此CFM在實現(xiàn)槍械散發(fā)模型時也使用高斯隨機數(shù)實現(xiàn)。

創(chuàng)新輔助瞄準機制

CFM在射擊上創(chuàng)新性地設計了一套輔助瞄準機制，幫助玩家自動瞄準靜止和低速運動的目標，降低新手玩家的操作門檻，提高新手玩家的樂趣。同時，輔助瞄準在面對快速移動和轉向目標時將失去效用，以此保證高手玩家的技術優(yōu)勢，提高玩家對技術提升的追求。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的《穿越火线：枪战王者》手游客户端技术方案： 实时同步与手感优化的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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