Žaidimų platformos architektūra: išsami daugelio žaidėjų režimo dizaino analizė

Internetinių žaidimų pasaulis pastaraisiais metais smarkiai išaugo, milijonams žaidėjų jungiantis visame pasaulyje, kad galėtų varžytis, bendradarbiauti ir tyrinėti virtualius pasaulius. Užkulisiuose, norint palaikyti šias įtraukiančias patirtis, reikalinga sudėtinga ir moderni architektūra. Šis išsamus vadovas gilinsis į daugelio žaidėjų režimo žaidimų platformos architektūros subtilybes, apimdamas esmines koncepcijas, dizaino modelius, technologijų pasirinkimus ir ateities tendencijas. Nesvarbu, ar esate patyręs žaidimų kūrėjas, ar tik pradedate, šis straipsnis suteiks vertingų įžvalgų, kaip kurti mastelio keitimui pritaikytas, patikimas ir įtraukiančias internetinių žaidimų patirtis pasaulinei auditorijai.

Pagrindinių koncepcijų supratimas

Prieš gilinantis į konkrečius architektūros modelius, labai svarbu suprasti pagrindines koncepcijas, kuriomis grindžiamas daugelio žaidėjų režimo žaidimų kūrimas:

• Kliento-serverio architektūra: Tai labiausiai paplitusi architektūra, kurioje kliento programos (žaidimas, veikiantis žaidėjų įrenginiuose) bendrauja su centriniu serveriu (arba serverių grupe), kuris valdo žaidimo būseną, logiką ir komunikaciją. Serveris veikia kaip autoritetas, užkerta kelią sukčiavimui ir užtikrina sąžiningą žaidimą.
• Peer-to-Peer (P2P) architektūra: Šiame modelyje klientai bendrauja tiesiogiai vieni su kitais, nepasikliaudami centriniu serveriu visoms sąveikoms. P2P gali sumažinti serverio išlaidas ir uždelsą vietinėms sąveikoms, tačiau sukelia iššūkių saugumo, nuoseklumo ir mastelio keitimo požiūriu. Ji dažnai naudojama mažesniems, mažiau konkurencingiems žaidimams.
• Autoritetingas ir neautoritetingas serveris: Autoritetingo serverio modelyje serveris turi galutinį žodį dėl visų žaidimo įvykių ir kliento įvesčių. Tai užtikrina nuoseklumą ir apsaugo nuo sukčiavimo. Neautoritetingame (arba kliento autoritetingame) modelyje klientas turi daugiau kontrolės, o tai gali lemti greitesnį atsako laiką, bet taip pat atveria duris manipuliacijoms.
• Žaidimo būsenos sinchronizavimas: Labai svarbu, kad visų klientų žaidimo būsena būtų sinchronizuota. Tai apima efektyvų atnaujinimų apie objektų pozicijas, žaidėjų veiksmus ir kitą svarbią informaciją perdavimą.
• Uždelsa ir pralaidumas: Uždelsa (komunikacijos vėlavimas) ir pralaidumas (duomenų kiekis, kurį galima perduoti) yra pagrindiniai veiksniai, darantys įtaką žaidėjo patirčiai. Būtina optimizuoti tinklo kodą, siekiant sumažinti uždelsą ir efektyviai naudoti pralaidumą.

Pagrindiniai daugelio žaidėjų režimo žaidimų architektūros modeliai

Keletas architektūros modelių tapo geriausiomis praktikomis kuriant mastelio keitimui pritaikytas ir patikimas daugelio žaidėjų žaidimų platformas:

Klientas-serveris su būsenos sinchronizavimu

Tai labiausiai paplitęs modelis. Serveris palaiko autoritetingą žaidimo būseną, o klientai gauna atnaujinimus apie pasikeitimus. Šis modelis tinka įvairiems žaidimų žanrams, nuo MMORPG iki pirmojo asmens šaudyklių.

Pavyzdys: Įsivaizduokite masiškai daugelio žaidėjų internetinį vaidmenų žaidimą (MMORPG), kuriame tūkstančiai žaidėjų sąveikauja nuolatiniame pasaulyje. Serveris seka kiekvieno žaidėjo vietą, sveikatą ir inventorių ir siunčia atnaujinimus klientams, kai šie atributai pasikeičia. Klientas gali siųsti įvestį, pvz., "judėti pirmyn", serveris patvirtina šį judesį, atnaujina žaidėjo poziciją žaidimo pasaulyje, o tada siunčia tą naują poziciją kitiems klientams, esantiems žaidėjo artumoje.

Zonomis pagrįsta architektūra

Dideliems atviro pasaulio žaidimams žaidimo pasaulio padalijimas į zonas arba šardus gali pagerinti mastelio keitimą. Kiekvieną zoną valdo atskiras serveris, taip sumažinant bet kurio vieno serverio apkrovą. Žaidėjai sklandžiai pereina iš vienos zonos į kitą, tyrinėdami pasaulį.

Pavyzdys: Įsivaizduokite „battle royale“ žaidimą, kuriame 100 žaidėjų išmetami į didelį žemėlapį. Žemėlapis gali būti padalintas į kelias zonas, kurių kiekvieną valdo atskiras serveris. Žaidėjams judant tarp zonų, jų žaidimo būsena perkeliama į atitinkamą serverį.

Mikropaslaugų architektūra

Žaidimų platformos suskaidymas į mažesnes, nepriklausomas paslaugas (mikropaslaugas) gali pagerinti mastelio keitimą, palaikymą ir atsparumą gedimams. Kiekviena mikropaslauga atlieka konkrečią funkciją, pvz., autentifikavimą, priešininkų parinkimą ar žaidėjų statistiką.

Pavyzdys: Lenktynių žaidimas gali naudoti atskiras mikropaslaugas šioms funkcijoms:

• Autentifikavimas: Žaidėjų prisijungimų tikrinimas.
• Priešininkų parinkimas: Tinkamų priešininkų paieška pagal įgūdžių lygį.
• Lyderių lentelės: Žaidėjų reitingų sekimas ir rodymas.
• Telemetrija: Duomenų apie žaidimo eigą rinkimas analizei ir optimizavimui.

Entity Component System (ECS) architektūra

ECS yra dizaino modelis, kuris orientuojasi į duomenų sudėtį, o ne į paveldimumą. Žaidimo objektus sudaro esybės (identifikatoriai), komponentai (duomenys) ir sistemos (logika). Šis modelis skatina moduliškumą, lankstumą ir našumą.

Pavyzdys: Žaidimo personažas galėtų būti esybė su tokiais komponentais kaip:

• PositionComponent: Saugo personažo koordinates.
• VelocityComponent: Saugo personažo greitį ir kryptį.
• HealthComponent: Saugo personažo gyvybės taškus.
• ModelComponent: Nurodo 3D modelį, kurį reikia atvaizduoti.

Sistema, tokia kaip MovementSystem, peržiūrėtų visas esybes su PositionComponent ir VelocityComponent ir atnaujintų jų pozicijas pagal jų greitį.

Tinkamų technologijų pasirinkimas

Pasirinktas technologijų rinkinys priklausys nuo konkrečių jūsų žaidimo reikalavimų, tačiau kai kurios populiarios parinktys yra šios:

Žaidimų varikliai

• Unity: Universalus ir plačiai naudojamas variklis, palaikantis tiek 2D, tiek 3D žaidimus. Jis siūlo turtingą išteklių ir įrankių ekosistemą, todėl yra geras pasirinkimas tiek nepriklausomiems kūrėjams, tiek didesnėms studijoms.
• Unreal Engine: Galingas variklis, žinomas dėl savo aukštos kokybės grafikos ir pažangių funkcijų. Tai populiarus pasirinkimas AAA žaidimams ir projektams, reikalaujantiems stulbinančių vaizdų.
• Godot Engine: Nemokamas ir atvirojo kodo variklis, kuris populiarėja dėl savo naudojimo paprastumo ir lanksčios architektūros.

Tinklo bibliotekos ir karkasai

• ENet: Patikima ir lengva UDP pagrindu veikianti tinklo biblioteka.
• RakNet: Daugiaplatformis tinklo variklis, siūlantis platų funkcijų spektrą, įskaitant patikimą perdavimą, objektų replikaciją ir NAT „punchthrough“. (Pastaba: „RakNet“ originalus kūrėjas aktyviai nebevysto, tačiau jis vis dar naudojamas kai kuriuose projektuose ir turi atvirojo kodo atšakas bei alternatyvas.)
• Mirror (Unity): Aukšto lygio tinklo biblioteka, skirta Unity, kuri supaprastina daugelio žaidėjų režimo žaidimų kūrimą.
• Photon Engine: Komercinis tinklo variklis, teikiantis išsamų sprendimą realaus laiko daugelio žaidėjų režimo žaidimams kurti, įskaitant debesijos prieglobą ir priešininkų parinkimo paslaugas.

Serverio pusės kalbos ir karkasai

• C++: Didelio našumo kalba, dažniausiai naudojama žaidimų serverių kūrimui.
• C#: Universali kalba, kuri gerai integruojasi su Unity ir .NET.
• Java: Nuo platformos nepriklausoma kalba, tinkama kuriant mastelio keitimui pritaikytas serverio programas.
• Node.js: JavaScript vykdymo aplinka, leidžianti naudoti JavaScript serverio pusėje.
• Go: Moderni kalba, žinoma dėl savo konkurentiškumo ir našumo.

Duomenų bazės

• Reliacinės duomenų bazės (pvz., MySQL, PostgreSQL): Tinka struktūrizuotiems duomenims, tokiems kaip žaidėjų profiliai, žaidimo nustatymai ir lyderių lentelės, saugoti.
• NoSQL duomenų bazės (pvz., MongoDB, Cassandra): Puikiai tinka dideliems nestruktūrizuotų ar pusiau struktūrizuotų duomenų kiekiams, tokiems kaip žaidėjų veiklos žurnalai ir žaidimo įvykiai, tvarkyti.
• Atminties duomenų bazės (pvz., Redis, Memcached): Naudojamos dažnai pasiekiamiems duomenims talpykloje laikyti, siekiant pagerinti našumą.

Debesų kompiuterijos platformos

• Amazon Web Services (AWS): Išsamus debesijos paslaugų rinkinys, apimantis skaičiavimo, saugojimo, duomenų bazių ir tinklo išteklius.
• Microsoft Azure: Debesijos platforma, siūlanti panašų paslaugų spektrą kaip AWS.
• Google Cloud Platform (GCP): Kitas svarbus debesijos paslaugų teikėjas, teikiantis įvairias paslaugas žaidimų kūrimui.
• PlayFab (Microsoft): Specialiai žaidimams sukurta „backend“ platforma, teikianti tokias paslaugas kaip autentifikavimas, priešininkų parinkimas, debesijos scenarijų kūrimas ir analizė.

Pagrindinių iššūkių sprendimas kuriant daugelio žaidėjų režimo žaidimus

Sėkmingo daugelio žaidėjų režimo žaidimo kūrimas kelia keletą unikalių iššūkių:

Mastelio keitimas

Architektūra turi gebėti aptarnauti didelį skaičių vienu metu žaidžiančių žaidėjų be našumo sumažėjimo. Tam reikia kruopštaus serverio išteklių, tinklo kodo ir duomenų bazės užklausų planavimo bei optimizavimo. Tokios technikos kaip horizontalus mastelio keitimas (pridedant daugiau serverių) ir apkrovos balansavimas yra labai svarbios.

Uždelsa

Didelė uždelsa gali sugadinti žaidėjo patirtį, sukeldama vėlavimą ir nereaguojančius valdiklius. Norint sumažinti uždelsą, reikia optimizuoti tinklo kodą, pasirinkti tinkamus tinklo protokolus (realaus laiko žaidimams dažnai teikiama pirmenybė UDP, o ne TCP) ir diegti serverius geografiškai arčiau žaidėjų. Tokios technikos kaip kliento pusės prognozavimas ir vėlavimo kompensavimas gali padėti sušvelninti uždelsos poveikį.

Saugumas

Būtina apsaugoti žaidimą nuo sukčiavimo, įsilaužimų ir kitų kenkėjiškų veiklų. Tam reikia įdiegti patikimą serverio pusės patvirtinimą, apsaugos nuo sukčiavimo priemones ir saugius ryšio protokolus. Autentifikavimas ir autorizavimas turi būti tvarkomi atsargiai, kad būtų išvengta neteisėtos prieigos prie žaidėjų paskyrų ir žaidimo duomenų.

Nuoseklumas

Užtikrinti, kad visi klientai turėtų nuoseklų žaidimo pasaulio vaizdą, yra labai svarbu sąžiningam žaidimui. Tam reikia kruopštaus žaidimo būsenos sinchronizavimo ir konfliktų sprendimo valdymo. Autoritetingos serverio architektūros paprastai yra pageidautinos konkurencingiems žaidimams, nes jos suteikia vieną tiesos šaltinį visiems žaidimo įvykiams.

Patikimumas

Žaidimų platforma turi būti patikima ir atspari gedimams, minimizuojant prastovas ir užtikrinant, kad žaidėjai galėtų tęsti žaidimą net ir sugedus kai kuriems komponentams. Tam reikia įdiegti pertekliškumą, stebėseną ir automatizuotus perjungimo mechanizmus.

Praktiniai pavyzdžiai ir atvejo analizės

Pažvelkime į keletą praktinių pavyzdžių, kaip šios koncepcijos taikomos realiuose žaidimuose:

Fortnite

„Fortnite“, masiškai populiarus „battle royale“ žaidimas, naudoja kliento-serverio architektūrą su zonomis pagrįstu mastelio keitimu. Žaidimo pasaulis yra padalintas į zonas, kurių kiekvieną valdo atskiras serveris. „Epic Games“ savo „backend“ infrastruktūrai naudoja AWS, pasitelkdama tokias paslaugas kaip EC2, S3 ir DynamoDB, kad galėtų valdyti didžiulį žaidimo mastą.

Minecraft

„Minecraft“, smėlio dėžės tipo žaidimas, kuriame daug dėmesio skiriama žaidėjų kūrybiškumui ir bendradarbiavimui, palaiko tiek kliento-serverio, tiek „peer-to-peer“ daugelio žaidėjų režimus. Didesniems serveriams dažnai naudojama zonomis pagrįsta architektūra, siekiant padalinti pasaulį į valdomas dalis. Žaidimas labai priklauso nuo efektyvaus duomenų sinchronizavimo, siekiant išlaikyti nuoseklumą tarp klientų.

League of Legends

„League of Legends“, populiarus daugelio žaidėjų internetinės kovų arenos (MOBA) žaidimas, naudoja kliento-serverio architektūrą su autoritetingu serveriu. „Riot Games“ palaiko pasaulinį serverių tinklą, kad sumažintų uždelsą žaidėjams visame pasaulyje. Žaidimo „backend“ infrastruktūra remiasi specialiai sukurtų sistemų ir debesijos paslaugų deriniu.

Ateities tendencijos daugelio žaidėjų režimo žaidimų architektūroje

Daugelio žaidėjų režimo žaidimų architektūros sritis nuolat vystosi, nuolat atsiranda naujų technologijų ir metodų. Kai kurios iš pagrindinių tendencijų, kurias verta stebėti, yra šios:

Debesų kompiuterijos žaidimai

Debesų kompiuterijos žaidimai leidžia žaidėjams transliuoti žaidimus tiesiai į savo įrenginius, nereikalaujant brangios aparatinės įrangos. Tai atveria naujas prieinamumo ir mastelio keitimo galimybes. Debesų kompiuterijos žaidimų platformos, tokios kaip „Google Stadia“, „Nvidia GeForce Now“ ir „Xbox Cloud Gaming“, remiasi galinga debesijos infrastruktūra ir optimizuota transliavimo technologija.

Krašto kompiuterija

Krašto kompiuterija apima duomenų apdorojimą arčiau tinklo krašto, sumažinant uždelsą ir pagerinant reakcijos laiką. Tai gali būti ypač naudinga žaidimams, kuriems reikalinga maža uždelsa, pavyzdžiui, virtualios realybės (VR) ir papildytosios realybės (AR) žaidimams. Žaidimų serverių diegimas arčiau žaidėjų gali žymiai pagerinti jų patirtį.

Dirbtinis intelektas (DI)

DI vaidina vis svarbesnį vaidmenį daugelio žaidėjų režimo žaidimuose – nuo realistiškesnių ir patrauklesnių ne žaidėjų personažų (NŽP) kūrimo iki priešininkų parinkimo ir apsaugos nuo sukčiavimo sistemų tobulinimo. DI taip pat gali būti naudojamas dinamiškai koreguoti žaidimo sudėtingumą ir kurti personalizuotas patirtis žaidėjams.

Blokų grandinės technologija

Blokų grandinės technologija gali pakeisti žaidimų pramonę, suteikdama naujus nuosavybės, monetizacijos ir bendruomenės įsitraukimo modelius. Nekeičiamieji žetonai (NFT) gali būti naudojami žaidimo turtui atstovauti, leidžiant žaidėjams juos turėti ir jais prekiauti. Blokų grandinėmis pagrįsti žaidimai vis dar yra ankstyvoje stadijoje, tačiau jie gali sutrikdyti tradicinę žaidimų ekosistemą.

Praktinės įžvalgos ir geriausios praktikos

Štai keletas praktinių įžvalgų ir geriausių praktikų, kurias reikia turėti omenyje kuriant daugelio žaidėjų žaidimų platformą:

• Pradėkite nuo aiškaus savo žaidimo reikalavimų supratimo. Rinkdamiesi architektūros modelį ir technologijų rinkinį, atsižvelkite į žaidimo žanrą, tikslinę auditoriją ir mastą.
• Teikite pirmenybę mastelio keitimui ir patikimumui. Suprojektuokite savo architektūrą taip, kad ji galėtų aptarnauti didelį skaičių vienu metu žaidžiančių žaidėjų ir užtikrintų atsparumą gedimams.
• Optimizuokite mažai uždelsai. Sumažinkite uždelsą pasirinkdami tinkamus tinklo protokolus, diegdami serverius geografiškai arčiau žaidėjų ir įdiegdami kliento pusės prognozavimo bei vėlavimo kompensavimo technikas.
• Įdiekite patikimas saugumo priemones. Apsaugokite savo žaidimą nuo sukčiavimo, įsilaužimų ir kitų kenkėjiškų veiklų, įdiegdami serverio pusės patvirtinimą, apsaugos nuo sukčiavimo sistemas ir saugius ryšio protokolus.
• Stebėkite savo žaidimo našumą. Naudokite stebėjimo įrankius, kad galėtumėte sekti pagrindinius rodiklius, tokius kaip uždelsa, serverio apkrova ir žaidėjų aktyvumas. Tai padės jums nustatyti ir pašalinti našumo kliūtis.
• Pasinaudokite mikropaslaugomis. Suskaidykite savo žaidimų platformą į mažesnes, nepriklausomas paslaugas, kad pagerintumėte mastelio keitimą, palaikymą ir atsparumą gedimams.
• Apsvarstykite galimybę naudoti žaidimų „backend“ platformą. Platformos, tokios kaip „PlayFab“, gali supaprastinti daugelio žaidėjų režimo žaidimų kūrimą, teikdamos tokias paslaugas kaip autentifikavimas, priešininkų parinkimas, debesijos scenarijų kūrimas ir analizė.
• Sekite naujausias tendencijas. Daugelio žaidėjų režimo žaidimų architektūros sritis nuolat vystosi, todėl svarbu būti informuotam apie naujas technologijas ir metodus.

Išvada

Norint sukurti sėkmingą daugelio žaidėjų žaidimų platformą, reikia gilaus architektūros modelių, technologijų pasirinkimo ir internetinių žaidimų kūrimo iššūkių supratimo. Atidžiai apsvarstę šiame vadove pateiktas koncepcijas ir geriausias praktikas, galite sukurti mastelio keitimui pritaikytas, patikimas ir įtraukiančias žaidimų patirtis, kurios sužavės žaidėjus visame pasaulyje. Daugelio žaidėjų režimo žaidimų ateitis yra šviesi, nuolat atsiranda naujų technologijų ir metodų. Pasinaudodami šiomis naujovėmis, galite sukurti tikrai įtraukiančias ir nepamirštamas patirtis savo žaidėjams.