【幀同步】

1、RTS游戲有很多，比如我們都玩過(guò)的的Warcraft III（大家耳熟能詳?shù)?code class="highlighter-rouge">Dota是它的一張地圖）和StarCraft，還有EA的代表作命令與征服系列（Command & Conquer）等等，以及現(xiàn)在非常流行的Dota2和LOL。

　　早期廣泛在RTS（即時(shí)策略）游戲中應(yīng)用的同步機(jī)制——Lockstep。

　　那么為什么要強(qiáng)調(diào)早期呢？因?yàn)?code class="highlighter-rouge">Dota2和LOL等新興的游戲使用的同步機(jī)制不再是傳統(tǒng)的Lockstep了。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，Warcraft和現(xiàn)在意義上的網(wǎng)游有很大區(qū)別，因?yàn)樗^的網(wǎng)是局域網(wǎng)（LAN）。早期RTS游戲出現(xiàn)時(shí)互聯(lián)網(wǎng)還沒(méi)有現(xiàn)在那么普及，網(wǎng)速也很慢，更沒(méi)有什么像樣的網(wǎng)游，能夠支持局域網(wǎng)對(duì)戰(zhàn)已經(jīng)很不錯(cuò)了。

　　有人可能會(huì)有疑問(wèn)，我們平時(shí)經(jīng)常在對(duì)戰(zhàn)平臺(tái)上和全國(guó)各地的人打Dota，你為什么說(shuō)Warcraft III只支持局域網(wǎng)呢？這又是一個(gè)很有意思的話題，實(shí)際上，對(duì)戰(zhàn)平臺(tái)使用了虛擬局域網(wǎng)（VLAN）技術(shù)，通過(guò)進(jìn)程注入，HOOKWinSock函數(shù)調(diào)用，將數(shù)據(jù)包發(fā)送到對(duì)戰(zhàn)平臺(tái)服務(wù)器上，由服務(wù)器分配虛擬IP，這里還能夠進(jìn)行天梯匹配等等，在隨后的游戲過(guò)程中游戲數(shù)據(jù)包都是通過(guò)對(duì)戰(zhàn)平臺(tái)的服務(wù)器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，但是這一切對(duì)Warcraft III進(jìn)程本身來(lái)說(shuō)是透明的，它依然感覺(jué)自己在一個(gè)局域網(wǎng)環(huán)境中。

　　Lockstep中會(huì)不會(huì)出現(xiàn)延遲導(dǎo)致的不一致問(wèn)題？顯然不會(huì)，使用Lockstep的游戲是嚴(yán)格按照turn向前推進(jìn)的，如果有人延遲比較高，其他玩家必須等待該玩家跟上之后再繼續(xù)計(jì)算，不存在某個(gè)玩家領(lǐng)先或落后其他玩家若干個(gè)turn的情況。使用Lockstep同步機(jī)制的游戲中，每個(gè)玩家的延遲都等于延遲最高的那個(gè)人。

　　Lockstep是非常嚴(yán)格的，要求每一步的的計(jì)算結(jié)果都完全一樣，任何計(jì)算錯(cuò)誤都有可能導(dǎo)致蝴蝶效應(yīng)，產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，因?yàn)闋顟B(tài)不能同步的話游戲根本就沒(méi)有辦法進(jìn)行下去，最終將崩潰退出。

2、追幀時(shí)，表現(xiàn)層應(yīng)當(dāng)一幀一幀依次快速播放，就像邏輯怪一幀一幀快速計(jì)算一樣，而不能直接從當(dāng)前幀狀態(tài)插值到最終幀狀態(tài)。

　　例如下圖，F(xiàn)1->F2->F3，F(xiàn)1幀時(shí)在A位置，F(xiàn)2幀時(shí)到B位置，F(xiàn)3幀時(shí)到C位置。如果F1幀過(guò)了很長(zhǎng)時(shí)間同時(shí)收到F2和F3包，如果表現(xiàn)層直接從F1狀態(tài)A位置插值到F3狀態(tài)的C位置，則會(huì)穿越中間的黑色障礙物。好的解決方法是表現(xiàn)層也采用追幀模式，快速播放。

　　

3、隨機(jī)問(wèn)題

　　Dota中有許多問(wèn)題是與概率相關(guān)的，比如整點(diǎn)時(shí)野怪是隨機(jī)刷新的，出了水晶劍之后是有概率暴擊的。那么按照Lockstep同步機(jī)制，計(jì)算都是在每個(gè)玩家自己電腦上完成的，那么在有概率存在的情況下，怎么可能保證每臺(tái)電腦的計(jì)算結(jié)果一致呢？！這時(shí)就輪到偽隨機(jī)數(shù)派上用場(chǎng)了。

　　大部分編程語(yǔ)言內(nèi)置庫(kù)里的隨機(jī)數(shù)都是利用線性同余發(fā)生器產(chǎn)生的，如果不指定隨機(jī)種子（Random Seed），默認(rèn)以當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間戳作為隨機(jī)種子。一旦指定了隨機(jī)種子，那么產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)序列就是確定的。

　　所以，游戲開(kāi)始前，參與游戲的玩家電腦協(xié)商確定一個(gè)隨機(jī)種子，就可以保證在游戲進(jìn)行過(guò)程中大家產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)序列是相同的，也就可以保證計(jì)算結(jié)果一致。

　　例如一個(gè)英雄的暴擊率為30%，對(duì)某個(gè)目標(biāo)持續(xù)普攻，如果隨機(jī)數(shù)序列為12 32 90 25，小于等于30判定暴擊，大于30判定不暴擊，那么每個(gè)玩家電腦的計(jì)算結(jié)果都是暴擊 不暴擊 不暴擊 暴擊。

4、udp的可靠性。

　　我們可以知道udp主要在可靠性上主要是不能保證數(shù)據(jù)包的順序，比如第100個(gè)收到的數(shù)據(jù)包并不一定是第100個(gè)發(fā)出的數(shù)據(jù)包，同時(shí)也無(wú)法保證不丟包，期間有一個(gè)包丟失，udp本是也不會(huì)去校檢。如果這兩個(gè)問(wèn)題解決了，udp的大部分可靠性問(wèn)題也就解決了。

　　為每個(gè)數(shù)據(jù)包增加序列號(hào)，每發(fā)一次包，增加本地序號(hào)。

5、經(jīng)典的 Lockstep 流程如下。

　　

　　上圖中我們可以明顯看到，這種囚徒模式的幀同步，在第二幀的時(shí)候，因?yàn)橥婕?有延遲，而導(dǎo)致第二幀的同步時(shí)間發(fā)生延遲，從而導(dǎo)致所有玩家都在等待，出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象。

6、檢測(cè)同步。

　　帝國(guó)時(shí)代和最高指揮官會(huì)在每邏輯幀計(jì)算當(dāng)前所有單位的屬性的crc值，幾個(gè)客戶端之間比較這個(gè)crc值，如果發(fā)現(xiàn)不一致，那么就是不同步現(xiàn)象。此時(shí)可以把不同步的客戶端踢出游戲。

7、不公平問(wèn)題。

　　如果一幀中，輸入無(wú)序，會(huì)導(dǎo)致重大問(wèn)題。如A射擊B，同一幀內(nèi)，B也射擊A。

　　如果先計(jì)算A射擊B，則B死了，A贏了。

　　如果先計(jì)算B射擊A，則A死了, B贏了。

　　所以幀同步無(wú)法做到真正的公平。上述情況下，如果處理輸入有序，則A、B必有一方占優(yōu)。

參考：

1、http://bindog.github.io/blog/2015/03/10/synchronization-in-multiplayer-networked-game-lockstep/

2、http://www.sohu.com/a/153269736_163917

3、http://blog.csdn.net/langresser_king/article/details/46756393

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的帧同步的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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