【參考博文】GAD-網絡游戲同步技術

引言

　　幀同步的形式很泛，根據不同游戲，使用的技術范圍又不一樣，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——仲裁的結果是一致的。

　　嚴格的幀同步，實現起來，解決算法一致性、輸入一致性的問題基本就能實現了，然而實踐過程中，由于網絡延時、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雜，為了把問題聚焦，這部分內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值計算不一致和算法流程不一致。

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

那么，怎么實現一種數值運算，既具有小數的表達能力，又有一致性的運算結果呢？?
常規方法中，盡管形態多樣，但理論來講，基本都是定點數（關于定點數的實現，可以翻看其他資料）。

工程上，還要考慮定點數的精度，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，需要結合自己的數值范圍來確定。

綜上所述，我們導出需要實現的代碼。?
實現1：定點數?
包含浮點數計算的常規算法，包含加、減、乘、除、絕對值、負運算等基本運算，另外，還要根據自己的使用實現開平方、指數函數、對數函數，三角函數等。?
其中定義域較大的函數，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的函數，比如三角函數，定義域在0-2pi，可以使用泰勒級數，具體用幾階，要根據自身對精度的要求，同時，由于有限項的泰勒級數只在某些定義域區間較好的擬合度，所以需要在通過數值分析來論證精度。最后，其實三角函數可以通過查表法來實現，性能快，精度與所需要存儲的表格大小有關系。

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

實現2：一致性數學工具?
1. 向量、矩陣、歐拉角、四元數?
2.幾何工具：點、線、面、體，各種幾何元素的關系，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，用多少實現多少。

除了上述的內容，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（這部分可以是表現層）。

實現3：一致性物理系統?
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支持，比如動作游戲，一個技能觸發一個動作，動作除了表現層的動畫（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，這個時候需要實現邏輯層上的動畫，主要需要解決的問題是，時間要改成整數或者定點數，另外，插值數據的類型也得使用一致性得數據類型，比如位置向量等。

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

數值一致性的常規問題大致說這么多，還有些其他的內容，比如尋路，AI判定等凡是有浮點數的地方，全部換成定點數，最終還是需要根據項目需求，選擇需要實現的內容。

注意：定點數的運算性能比浮點數差很遠，數量級在10-100以上，需要評估性能，好規劃策劃設定的問題規模。

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，可能是輸入導致的，也可能是架構導致的。

輸入導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。?
主要討論架構導致的流程不一致。

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

整個幀同步的運行體系，簡單的模型歷程流程大致為：?
游戲框架跟從網絡收取同步包->上傳用戶輸入->分發同步包給邏輯內核（用戶輸入）->邏輯內核更新->邏輯內核發送消息給表現層->表現層更新

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

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

所以，幀同步實施的第一要務是明確分離邏輯層和表現層。

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，整理講的是邏輯層的輸入，包含一些全局變量、隨機數的種子等等，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，建議用整數表示，精確為毫秒。

一致性的細節問題還有很多，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，后續實施就相對輕松了。

強調下，為什么反復提“嚴格”的幀同步模型，因為實際運行過程中，很可能出現不嚴格的模型，當網絡延時較大、抖動、以及游戲對輸入響應有更高要求的時候，需要做一些預先的表現（表現層的預測），當結果預測不一致的時候，需要回滾，這個跟狀態同步差不多，當然也有邏輯層的預測，算幀同步的高級應用，目前少有游戲使用。

最后，說下回放、斷線、反外掛、注意事項

幀同步實現回放有天生的技術優勢，因為有了一致性的保證，存儲初始數據和用戶輸入，邏輯內核啟動播放模式，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，應用形態不一樣，技術差不多，可以不驅動表現。

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

注意事項?
幀同步適用的情形：參與玩家數量不多（人數影響單個同步包的大小）?
有利情形：各端需要同步的NPC數量眾多、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

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容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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