Mitme mängijaga võrgumängude meisterklass: sügav sissevaade kliendipoolsesse ennustamisse

Mitme mängijaga mängude arendamise kiires maailmas on ülimalt oluline luua sujuv ja tundlik kogemus mängijatele üle kogu maailma. Üks peamisi tehnikaid selle saavutamiseks, eriti võrgu latentsuse tingimustes, on kliendipoolne ennustamine. See artikkel annab põhjaliku ülevaate kliendipoolsest ennustamisest, uurides selle aluspõhimõtteid, rakendusstrateegiaid ja parimaid praktikaid sujuva ja kaasahaarava mitme mängijaga kogemuse saavutamiseks.

Mis on kliendipoolne ennustamine?

Kliendipoolne ennustamine on tehnika, mida kasutatakse mitme mängijaga mängudes võrgu latentsuse mõjude leevendamiseks. See toimib, võimaldades igal kliendil ennustada oma tegevuste tulemust lokaalselt, enne kui serverilt kinnitust saadakse. See loob illusiooni kohesest reageerimisvõimest, isegi kui serveriga suhtlemisel esineb viivitus. Ilma kliendipoolse ennustamiseta kogeksid mängijad märgatavat viivitust oma sisendi ja vastava tegevuse vahel mängus, mis viiks frustreeriva ja mängimatu kogemuseni.

Kujutage ette mängijat esimese isiku vaates tulistamismängus, kes vajutab "edasi liikumise" klahvi. Ilma kliendipoolse ennustamiseta hakkaks mängija tegelane liikuma alles pärast seda, kui server on sisendi kätte saanud, seda töödelnud ja kliendile värskenduse tagasi saatnud. See viivitus, olgu see kui tahes väike, oleks märgatav ja häiriv. Kliendipoolse ennustamisega hakkab klient koheselt mängija tegelast vastavalt sisendile edasi liigutama, oodates serveri kinnitust. Kui serveri värskendus saabub, saab klient lepitada kõik lahknevused ennustatud ja autoriteetse serveri oleku vahel.

Miks on kliendipoolne ennustamine oluline?

Kliendipoolse ennustamise tähtsus tuleneb võrgusuhtluse olemuslikest piirangutest. Latentsus, andmete edastamise viivitus võrgus, on vältimatu. Seda viivitust võivad põhjustada mitmesugused tegurid, sealhulgas:

• Kaugus: Füüsiline vahemaa kliendi ja serveri vahel. Mängijad, kes asuvad serverist kaugel, kogevad loomulikult suuremat latentsust. Näiteks Tokyos asuval mängijal, kes ühendub New Yorgis asuva serveriga, on oluliselt suurem latentsus kui New Yorgis asuval mängijal, kes ühendub sama serveriga.
• Võrgu ülekoormus: Liikluse hulk võrgus. Tipptundidel võib võrgu ülekoormus latentsust suurendada.
• Võrguriistvara: Võrguriistvara, nagu ruuterid ja lülitid, kvaliteet ja konfiguratsioon.
• Töötlemisviivitused: Viivitused, mis tekivad serveril mänguloogika töötlemisel ja mängu oleku värskendamisel.

Ilma leevendusmeetmeteta nagu kliendipoolne ennustamine, muudaksid need viivitused reaalajas mitme mängijaga mängud mängimatuks. Kliendipoolne ennustamine aitab:

• Vähendada tajutavat latentsust: Ennustades mängija tegevuste tulemust lokaalselt, maskeerib kliendipoolne ennustamine võrgu latentsuse mõjusid, muutes mängu tundlikumaks.
• Parandada mängija reageerimisvõimet: Mängijad saavad mängusisestele sündmustele kiiremini ja täpsemalt reageerida, mis viib kaasahaaravama ja konkurentsivõimelisema kogemuseni.
• Luua sujuvama mängukogemuse: Kliendipoolne ennustamine vähendab viivituse häirivaid mõjusid, mille tulemuseks on sujuvam ja nauditavam mängukogemus.

Kliendipoolse ennustamise põhimõisted

Järgmiste mõistete mõistmine on tõhusa kliendipoolse ennustamise rakendamiseks ülioluline:

1. Kliendi autoriteet vs. serveri autoriteet

Võrgumängus peetakse serverit tavaliselt mängu oleku autoriteetseks tõeallikaks. See tähendab, et server vastutab mänguloogika töötlemise, konfliktide lahendamise ja kõigi klientide sünkroniseerimise tagamise eest. Ainult serveri autoriteedile tuginemine võib aga põhjustada märkimisväärseid latentsusprobleeme. Kliendipoolne ennustamine võimaldab klientidel ajutiselt võtta autoriteedi teatud mängu oleku aspektide, näiteks oma tegelase liikumise üle, et pakkuda tundlikumat kogemust. Server jääb lõppkokkuvõttes autoriteetseks allikaks ning kõik lahknevused kliendi ennustuse ja serveri oleku vahel tuleb lepitada.

2. Mängu olek

Mängu olek esindab mängumaailma hetkeseisu antud ajahetkel. See hõlmab kõigi mänguobjektide asukohti, suundi, kiirusi ja muid asjakohaseid omadusi. Kliendipoolne ennustamine hõlmab mängu oleku kohaliku koopia hoidmist igas kliendis, mida uuendatakse vastavalt mängija sisendile ja ennustatud füüsikasimulatsioonidele. Server hoiab ka autoriteetset koopiat mängu olekust, mida kasutatakse kliendi kohalikus olekus esinevate lahknevuste parandamiseks.

3. Sisendi puhverdamine

Sisendi puhverdamine on protsess, kus mängija sisend salvestatakse kliendis lokaalselt enne selle serverisse saatmist. See võimaldab kliendil vajadusel sisendi uuesti esitada ja mängu olekut uuesti simuleerida, näiteks ennustusvigade parandamisel. Sisendipuhver salvestab tavaliselt hiljutiste mängija sisendite ajaloo koos ajatemplitega, mis näitavad, millal iga sisend loodi.

4. Lepitamine

Lepitamine on protsess, mille käigus võrreldakse kliendi ennustatud mängu olekut serverilt saadud autoriteetse mängu olekuga. Kui nende kahe vahel on lahknevusi, peab klient oma kohaliku oleku parandama, et see vastaks serveri olekule. Seda parandusprotsessi saab rakendada mitmel viisil, alates kliendi oleku lihtsast ülekirjutamisest serveri olekuga kuni keerukamate tehnikate kasutamiseni, et sujuvalt üle minna ennustatud olekult autoriteetsele olekule.

5. Inertsiaalarvestus (Dead Reckoning)

Inertsiaalarvestus (Dead reckoning) on tehnika, mida kasutatakse objekti tulevase asukoha ekstrapoleerimiseks selle praeguse asukoha, kiiruse ja kiirenduse põhjal. Seda saab kasutada võrgu kaudu edastatavate andmete hulga vähendamiseks, kuna server peab saatma värskendusi ainult siis, kui objekti trajektoor kaldub ennustatud teelt oluliselt kõrvale. Inertsiaalarvestust kasutatakse sageli koos kliendipoolse ennustamisega, et tajutavat latentsust veelgi vähendada.

Kliendipoolse ennustamise rakendamine

Kliendipoolse ennustamise rakendamine nõuab mängu arhitektuuri, füüsikamootori ja võrguprotokolli hoolikat kaalumist. Siin on üldine ülevaade kaasatud sammudest:

1. Kogu mängija sisend

Esimene samm on koguda mängija sisend lokaalselt kliendis. Seda saab teha tavaliste sisendseadmetega, nagu klaviatuurid, hiired ja mängupuldid. Sisend tuleks ajatembeldada, et tagada täpne sünkroniseerimine serveriga.

2. Ennusta mängija tegevuste tulemust

Kui mängija sisend on kogutud, saab klient ennustada mängija tegevuste tulemust lokaalselt. See hõlmab tavaliselt mängu füüsikamootori simuleerimist kliendis ja mängu oleku vastavat värskendamist. Klient peaks kasutama samu füüsikaparameetreid kui server, et tagada täpne ennustus.

Näiteks kui mängija vajutab "hüppa" nuppu, peaks klient kohe rakendama mängija tegelasele ülespoole suunatud jõu ja simuleerima sellest tulenevat trajektoori. See loob illusiooni kohesest reageerimisvõimest, kuigi server pole tegevust veel kinnitanud.

3. Saada mängija sisend serverisse

Pärast mängija tegevuste tulemuse ennustamist peaks klient saatma mängija sisendi serverisse. Sisend tuleks saata nii kiiresti ja usaldusväärselt kui võimalik, et minimeerida latentsust. Sisendandmed peaksid sisaldama sisendi ajatemplit ning muud asjakohast teavet, näiteks sisendjõu suunda ja suurust.

4. Hoia sisendipuhvrit

Klient peaks hoidma sisendipuhvrit, et salvestada hiljutiste mängija sisendite ajalugu. Seda puhvrit kasutatakse sisendi uuesti esitamiseks ja mängu oleku uuesti simuleerimiseks, kui see on vajalik, näiteks ennustusvigade parandamisel. Sisendipuhver peaks olema piisavalt suur, et mahutada mitu sekundit sisendandmeid.

5. Saa serverilt autoriteetseid värskendusi

Server peaks perioodiliselt saatma kliendile autoriteetseid mängu oleku värskendusi. Need värskendused peaksid sisaldama kõigi mänguobjektide asukohti, suundi, kiirusi ja muid asjakohaseid omadusi. Nende värskenduste sagedus sõltub mängu nõuetest ja olemasolevast ribalaiusest.

6. Lepita kliendi ennustatud olek serveri olekuga

Kui klient saab serverilt autoriteetse värskenduse, peaks ta võrdlema oma ennustatud mängu olekut serveri olekuga. Kui nende kahe vahel on lahknevusi, peab klient oma kohaliku oleku parandama, et see vastaks serveri olekule. Seda parandusprotsessi saab rakendada mitmel viisil, sõltuvalt mängu nõuetest.

Üks levinud lähenemine on lihtsalt kliendi oleku ülekirjutamine serveri olekuga. See võib aga põhjustada häirivaid visuaalseid katkestusi, eriti kui lahknevused on suured. Keerukam lähenemine on sujuvalt üle minna ennustatud olekult autoriteetsele olekule lühikese aja jooksul. Seda saab saavutada tehnikatega nagu interpoleerimine ja silumine.

Teine oluline kaalutlus on kokkupõrgete käsitlemine. Kui klient ennustab kokkupõrget, mida serveris ei toimu, või vastupidi, peab klient oma trajektoori vastavalt kohandama. See võib olla keeruline, eriti keerulistes keskkondades, kus on palju liikuvaid objekte.

Täiustatud tehnikad

Lisaks eespool kirjeldatud põhimõistetele ja rakendusetappidele on mitmeid täiustatud tehnikaid, mida saab kasutada kliendipoolse ennustamise tõhususe edasiseks parandamiseks:

1. Deltakompressioon

Deltakompressioon on tehnika, mida kasutatakse võrgu kaudu edastatavate andmete hulga vähendamiseks. Selle asemel, et iga kord saata kogu mängu olekut, saadab server ainult erinevused (või deltad) praeguse ja eelmise oleku vahel. See võib oluliselt vähendada ribalaiuse nõudeid, eriti paljude liikuvate objektidega mängudes.

2. Huvihaldus

Huvihaldus on tehnika, mida kasutatakse iga kliendi poolt töödeldavate andmete hulga vähendamiseks. Igale kliendile saadetakse värskendusi ainult nende mänguobjektide kohta, mis asuvad tema "huvitsoonis". See tsoon vastab tavaliselt kliendi vaateväljale või ümbritsevale alale. Huvihaldus võib oluliselt parandada jõudlust, eriti suurtes avatud maailmaga mängudes.

3. Viite kompenseerimine

Viite kompenseerimine on tehnika, mida kasutatakse latentsuse mõjude kompenseerimiseks mängija sisendi töötlemisel. Kui mängija tulistab relvast, peab server kindlaks tegema, kas lask tabas sihtmärki. Latentsuse tõttu võib aga mängija asukoht lasu hetkel erineda tema praegusest asukohast. Viite kompenseerimine püüab kerida mängu olekut tagasi lasu tegemise hetke, et server saaks täpselt kindlaks teha, kas lask tabas sihtmärki. On olemas erinevaid viite kompenseerimise tehnikaid, millest igaühel on oma kompromissid täpsuse ja jõudluse osas.

4. Alamtakti simulatsioon

Alamtakti simulatsioon hõlmab mängu füüsikamootori käitamist sagedamini kui võrgu värskendussagedus. See võib parandada kliendipoolse ennustamise täpsust, eriti kiiresti liikuvate objektide või keerukate füüsikaliste interaktsioonidega mängudes. Näiteks kui võrgu värskendussagedus on 30 Hz, võiks füüsikamootorit käitada 60 Hz või isegi kõrgemal sagedusel. See võimaldab kliendil täpsemalt ennustada mängija tegevuste tulemust võrguvärskenduste vahel.

Levinud väljakutsed ja lahendused

Kliendipoolse ennustamise rakendamine võib olla keeruline ja vältida tuleks mitmeid levinud lõkse:

1. Ennustusvead

Ennustusvead on vältimatud, kuna kliendi kohalik simulatsioon ei ole kunagi täiuslikult sünkroniseeritud serveri autoriteetse olekuga. Oluline on neid vigu minimeerida ja nendega sujuvalt toime tulla. Seda saab saavutada täpsete füüsikamudelite kasutamisega, võrgu latentsuse minimeerimisega ja robustsete lepitamistehnikate rakendamisega.

Lahendus: Rakendage silumistehnikaid, et minimeerida paranduste visuaalset mõju. Kasutage hästi häälestatud füüsikamootorit ja veenduge, et klient ja server kasutavad samu füüsikaparameetreid.

2. Kokkupõrgete käsitlemine

Kokkupõrgete korrektne käsitlemine võrgukeskkonnas võib olla keeruline, kuna kliendil ja serveril võib olla mängumaailmast erinev vaade. See võib viia olukordadeni, kus klient ennustab kokkupõrget, mida serveris ei toimu, või vastupidi. Ebatäpne kokkupõrgete käsitlemine võib põhjustada mängijate seintest läbi libisemist või keskkonda kinnijäämist.

Lahendus: Kasutage nii kliendis kui ka serveris järjepidevat kokkupõrketuvastussüsteemi. Rakendage kokkupõrgete lepitamist, et parandada lahknevusi kliendi ennustatud kokkupõrgete ja serveri autoriteetsete kokkupõrgete vahel.

3. Petturlus

Kliendipoolne ennustamine võib muuta petturitel petmise lihtsamaks, kuna neil on rohkem kontrolli oma kohaliku mängu oleku üle. On ülioluline rakendada petmisvastaseid meetmeid, et takistada mängijatel süsteemi ärakasutamist.

Lahendus: Teostage mängija tegevuste serveripoolne valideerimine. Rakendage petmisvastaseid süsteeme levinud petmistehnikate tuvastamiseks ja ennetamiseks. Uuendage oma petmisvastaseid süsteeme regulaarselt, et petturitest ees püsida.

Näited populaarsetes mängudes

Paljud populaarsed mitme mängijaga mängud kasutavad kliendipoolset ennustamist, et pakkuda tundlikku ja kaasahaaravat kogemust. Siin on mõned näited:

• Counter-Strike: Global Offensive (CS:GO): CS:GO on esimese isiku vaates tulistamismäng, mis tugineb tugevalt kliendipoolsele ennustamisele ja viite kompenseerimisele, et pakkuda konkurentsivõimelist ja tundlikku kogemust isegi oma ülemaailmse mängijaskonna erinevates võrgutingimustes. Mäng kasutab keerukaid tehnikaid mängijate liikumise ja relvade tulistamise ennustamiseks, minimeerides tajutavat viivitust ja tagades, et tabamuste registreerimine tunduks täpne.
• Fortnite: Fortnite kasutab kliendipoolset ennustamist, et käsitleda keerulist liikumist ja ehitusmehaanikat, mis on selle mängu keskmes. Mäng ennustab mängijate liikumist ja ehitiste paigutusi lokaalselt, võimaldades mängijatel kiiresti reageerida ja luua struktuure reaalajas. Seejärel valideerib server need tegevused ja lepitab kõik lahknevused, tagades, et mängu olek jääb järjepidevaks.
• Overwatch: Overwatch kasutab kliendipoolset ennustamist, et tulla toime kiiretempolise tegevuse ja mitmekesiste kangelaste võimetega. Mäng ennustab mängijate liikumist, võimete kasutamist ja mürskude trajektoore, minimeerides tajutavat viivitust ja võimaldades mängijatel kiiresti vaenlase tegevustele reageerida. Seejärel valideerib server need tegevused ja lepitab kõik lahknevused, tagades, et mängu olek jääb kõigis klientides järjepidevaks.

Kliendipoolse ennustamise parimad praktikad

Et tagada oma kliendipoolse ennustamise rakendamise edu, kaaluge järgmisi parimaid praktikaid:

• Eelistage täpsust: Kasutage täpseid füüsikamudeleid ja minimeerige võrgu latentsust, et vähendada ennustusvigu.
• Rakendage robustne lepitamine: Arendage välja robustsed lepitamistehnikad, et parandada lahknevusi kliendi ennustatud oleku ja serveri oleku vahel.
• Optimeerige jõudlust: Optimeerige oma koodi, et tagada, et kliendipoolne ennustamine ei mõjutaks negatiivselt jõudlust.
• Testige põhjalikult: Testige oma rakendust põhjalikult erinevates võrgutingimustes, et tuvastada ja parandada kõik probleemid.
• Jälgige ja korrake: Jälgige oma mängu jõudlust ja mängijate tagasisidet, et tuvastada parendusvaldkondi.

Kliendipoolse ennustamise tulevik

Võrgutehnoloogia arenedes jääb kliendipoolne ennustamine oluliseks tehnikaks tundlike ja kaasahaaravate mitme mängijaga kogemuste loomisel. Tulevased edusammud võrguinfrastruktuuris, nagu 5G ja äärearvutus (edge computing), võimaldavad veelgi keerukamaid kliendipoolse ennustamise tehnikaid. Võime oodata täiustatud algoritme mängijate käitumise ennustamiseks, tõhusamaid meetodeid kliendi oleku lepitamiseks serveri olekuga ja robustsemaid petmisvastaseid meetmeid, et takistada mängijatel süsteemi ärakasutamist.

Kokkuvõte

Kliendipoolne ennustamine on oluline tehnika tundlike ja kaasahaaravate mitme mängijaga mängude arendamiseks. Lubades klientidel oma tegevuste tulemust lokaalselt ennustada, leevendab kliendipoolne ennustamine võrgu latentsuse mõjusid ja loob sujuvama, nauditavama mängukogemuse. Kuigi kliendipoolse ennustamise rakendamine võib olla keeruline, on kasu vaeva väärt. Mõistes põhimõisteid, järgides parimaid praktikaid ning pidevalt jälgides ja korrates oma rakendust, saate luua mitme mängijaga mängu, mis pakub tõeliselt kaasahaaravat ja tundlikku kogemust mängijatele üle maailma.