大綱

• 幀同步的基本原理
• 幀事件數(shù)據(jù)采集
• 幀同步的事件處理與動畫
• 幀同步的邏輯數(shù)據(jù)同步
• 幀同步之跳幀處理

現(xiàn)代多人游戲中，多個客戶端之間的通訊大多以同步多方狀態(tài)為主要目標(biāo)，為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，主要有兩個技術(shù)方向：

• 狀態(tài)同步
• 幀同步

狀態(tài)同步

狀態(tài)同步簡單來說就是同步游戲中的各種狀態(tài)，當(dāng)客戶端發(fā)送游戲動作到服務(wù)器，服務(wù)器接收到之后，通過計算游戲行為的結(jié)果，然后廣播下發(fā)給客戶端游戲中的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)?？蛻舳私邮盏綘顟B(tài)數(shù)據(jù)后顯示內(nèi)容。這種做法類似于各個客戶端都在遠(yuǎn)程操作服務(wù)器上的軟件。例如最高的mud，以及日后大量的國產(chǎn)網(wǎng)游，特別是回合制游戲，大多采用這種方式。

狀態(tài)同步的流程：

客戶端上傳操作到服務(wù)器

服務(wù)器收到后計算游戲行為的結(jié)果（如技能邏輯、戰(zhàn)斗計算等）

服務(wù)器以廣播的方式下發(fā)游戲中各種狀態(tài)

客戶端收到狀態(tài)后更新本地狀態(tài)（如動作狀態(tài)、Buff狀態(tài)、位置等）

為了給游戲玩家更好的體驗，減少同步的數(shù)據(jù)量，客戶端也會做很多的本地運算，減少服務(wù)器同步的頻率以及數(shù)據(jù)量。

狀態(tài)同步其實是一種不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐?#xff0c;它的思想中不同玩家屏幕上的一致性的表現(xiàn)并不是重要指標(biāo)，只要每次操作的結(jié)果相同即可。所以狀態(tài)同步對網(wǎng)絡(luò)延遲的要求并不高。例如：RPG游戲中200~300ms的延遲對用戶來說是可以接受的，但在RTS（即時戰(zhàn)略）游戲中50ms的延遲卻會很受傷。

幀同步

幀同步是RTS游戲經(jīng)常采用的一種同步技術(shù)，狀態(tài)同步中數(shù)據(jù)量會隨著需要同步的單位數(shù)量增長，而對于RTS來講動不動就是幾百個單位可以被操作，如果這些都需要同步的話，數(shù)據(jù)量是不能被接受的，所以幀同步不同步狀態(tài)，之同步操作。例如游戲中同步玩家的操作指令，操作指令包含當(dāng)前的幀索引。

簡單來說，客戶端發(fā)送游戲動作到服務(wù)器，服務(wù)器接收并匯總，然后直接轉(zhuǎn)發(fā)給所有客戶端，或者客戶端直接通過P2P技術(shù)發(fā)送?？蛻舳烁鶕?jù)收到的游戲動作來做運算和顯示。這種做法等于客戶端之間相互遠(yuǎn)程控制其他客戶端上的游戲軟件。早期的ipx網(wǎng)絡(luò)游戲，例如紅色警戒、帝國時代、星際爭霸，以及大量支持網(wǎng)絡(luò)連線雙打游戲機(jī)模擬機(jī)，都是采用這種方式。

那些游戲需要使用幀同步呢？

• 多人實時對戰(zhàn)游戲
• 游戲中需要戰(zhàn)斗回放功能
• 游戲中需要加速功能
• 需要服務(wù)器同步邏輯校驗防止作弊

幀同步的流程

同步隨機(jī)種子：游戲中設(shè)計隨機(jī)數(shù)的使用，通過同步隨機(jī)數(shù)種子可以保持隨機(jī)數(shù)的一致性。

客戶端上傳操作指令給服務(wù)器，操作指令包含游戲操作和當(dāng)前幀索引。

游戲廣播所有客戶端的操作，如果沒有操作也要廣播空指令來驅(qū)動游戲幀前進(jìn)。

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幀同步

幀同步主要依賴客戶端的能力，服務(wù)器僅僅是做一個轉(zhuǎn)發(fā)，甚至客戶端可以無需服務(wù)器，通過P2P方式來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。由于只是轉(zhuǎn)發(fā)游戲的行為，所以廣播的數(shù)據(jù)量比狀態(tài)同步要小很多。非常適合游戲行為非常頻繁的動作游戲，諸如飛行射擊、FPS、RTS（即時戰(zhàn)略）。

狀態(tài)同步由于要把整個游戲的狀態(tài)都廣播下去，如果游戲中的對象特別多，比如滿屏的子彈、怪物，那么要廣播的數(shù)據(jù)量就會很大，這個時候幀同步的優(yōu)勢就比較明顯，因為不管有多少”機(jī)器控制的角色“，僅僅需要廣播玩家角色有關(guān)的操作即可。反過來，如果游戲中有大量玩家同時聚集，那么幀同步和狀態(tài)同步的差異就不太明顯。反而狀態(tài)同步能得到更多安全性，因為游戲運算在服務(wù)器上，比較容易防止外掛。

簡單來說，幀同步技術(shù)最要的概念是”相同的輸入 + 相同的時機(jī) = 相同的顯示“。也就是說，游戲接收來自網(wǎng)絡(luò)的多個客戶端的操作，如果這些操作在各個客戶端上都是一樣的，那么多個客戶端的顯示也就是一樣的，進(jìn)而帶來了”同步“的效果。在這種情況下，各個客戶端的運算要絕對一致，不能依賴諸如本地時間、本地隨機(jī)等”輸入“，而要一切以網(wǎng)絡(luò)來的數(shù)據(jù)為主。

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幀同步

因為幀同步的特性，因此很容易做出戰(zhàn)斗回放，即服務(wù)器記錄所有操作，客戶端請求到操作文件再執(zhí)行一次。幀同步的特性導(dǎo)致客戶端的邏輯實現(xiàn)和表現(xiàn)實現(xiàn)必須完全分離。

幀同步的目的在于消除網(wǎng)絡(luò)波動性帶給玩家的卡頓以及忽快忽慢的不良體驗。

轉(zhuǎn)存失敗重新上傳取消

網(wǎng)絡(luò)波動的平滑處理

狀態(tài)同步和幀同步的比較和選擇

對于單位比較多的即時策略游戲，幀同步是很好的選擇。相反的，如果玩家比較多，狀態(tài)同步則更加合適，因為安全性更高。一般大型MMOARPG都采用狀態(tài)同步，由于狀態(tài)同步采用C/S架構(gòu)，所有狀態(tài)由服務(wù)器來控制，安全性比較高，但流量比較大。幀同步采用的是囚徒模式，所有C端強(qiáng)制采用一個邏輯幀率，從而保證輸出一致，其特點是流量小，安全性較差。

囚徒模式又叫鎖步模式，就是把所有參與對戰(zhàn)的客戶端看成排成一列的囚犯，這些囚犯們的左腳都被鎖鏈給連起來，如果要往前走，就只能同時邁步，如果其中某個人走快了或走慢了，都回讓整隊人停下來。

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狀態(tài)同步和幀同步的比較

幀同步的基本原理

幀同步是一種對同步源進(jìn)行像素級同步顯示的處理技術(shù)，對于網(wǎng)絡(luò)上的多個接入者，一個信號將會通過主機(jī)同步發(fā)送給其他人，并同步顯示在各個終端上。同步信號可以是每幀的像素數(shù)據(jù)，也可以是影響數(shù)據(jù)變化的關(guān)鍵事件信息。

幀同步在網(wǎng)絡(luò)游戲應(yīng)用中的設(shè)計有別于傳統(tǒng)的MMORPG游戲，因為可以承載大量的后臺計算，實現(xiàn)類單機(jī)的效果，所以可以在射擊類、飛行類游戲中實現(xiàn)彈幕計算或格斗類的高精度打擊效果。

什么叫做幀同步呢？服務(wù)器收集客戶端手機(jī)發(fā)送過來的操作，然后在特定的時間（收集完成之后），再廣播發(fā)送給每個客戶端。客戶端根據(jù)接收到的輸入，進(jìn)行同樣的邏輯處理，最終得到同樣的結(jié)果的過程。在實現(xiàn)上，一般都是以服務(wù)器按固定的幀率，來搜集每個客戶端的輸入，然后把這些輸入廣播給所有客戶端。由于每個操作指令到達(dá)所有客戶端的時間（幀）都是一樣的，所以每個客戶端運算的結(jié)果也是一樣的，也就是同樣的輸入就會得到同樣的結(jié)果。

這就好像是玩家通過網(wǎng)絡(luò)將操作手柄連接到你的手機(jī)，這種同步方案是傳統(tǒng)單機(jī)局域網(wǎng)游戲中最常見的。

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幀同步

幀同步模型最大的優(yōu)點在于強(qiáng)一致性，每個客戶端的表現(xiàn)是完全一樣的，非常適合高度要求操作技巧的游戲。由于廣播的僅僅是玩家的操作，所以數(shù)據(jù)量很少。不管游戲中的角色數(shù)量、狀態(tài)數(shù)量有多大多復(fù)雜，都不會影響廣播的數(shù)據(jù)量。

幀同步模型最大的缺點是對所有玩家的延遲都有要求，一般來說要求在50毫秒以內(nèi)，如果有一個客戶端網(wǎng)絡(luò)卡住了，所有客戶端都要停下來等待。

另外在幀同步模式中，數(shù)據(jù)同步的頻率較高，網(wǎng)絡(luò)延遲越小越好。由于TCP的滑動窗口機(jī)制和重傳機(jī)制，導(dǎo)致延時機(jī)制，導(dǎo)致延時無法控制。因此幀同步一般采用UDP進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，但UDP又會衍生出可靠性問題，對于客戶端，如果某些UDP包沒有收到，就會出現(xiàn)丟幀的情況。

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幀同步技術(shù)原理

客戶端A的操作A1與客戶端B的操作B1，共同封裝成OperateCmd數(shù)據(jù)發(fā)送給PVP服務(wù)器，PVP服務(wù)器每66毫秒產(chǎn)生一個邏輯禎，在該楨所在時間段內(nèi)，收到A1和B1后，生成一個Frame數(shù)據(jù)塊，在該幀時間結(jié)束時，將Frame發(fā)送給客戶端A和B。Frame數(shù)據(jù)塊內(nèi)有該幀的幀號，客戶端A和B接收到Frame數(shù)據(jù)后，便知道該幀內(nèi)，客戶端A和客戶端B都做了什么操作。然后根據(jù)接收到的消息A1和B1進(jìn)行游戲表現(xiàn)，最終呈現(xiàn)給玩家A和B的結(jié)果是一致性的，從而實現(xiàn)客戶端A和B的數(shù)據(jù)同步。

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幀同步

幀同步既然是在特定時間發(fā)送，也就是說每隔一段時間收集用戶操作指令，那么要間隔多久內(nèi)。例如每隔一段時間搜索用戶的操作。此時，如果時間太快則網(wǎng)絡(luò)速率達(dá)不到要求，如果時間太長則用戶操作不流程。哪里多少才比較合適呢？根據(jù)統(tǒng)計玩家至少要在50ms100ms可以完成一次，一般維持到1520次左右會比較安全。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的游戏帧同步的流程与实现的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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