Daugelio žaidėjų tinklo įvaldymo menas: išsami kliento pusės prognozavimo analizė

Sparčiai besivystančiame daugelio žaidėjų žaidimų kūrimo pasaulyje svarbiausia yra sukurti sklandžią ir jautrią patirtį žaidėjams visame pasaulyje. Viena iš pagrindinių technikų tam pasiekti, ypač esant tinklo delsai, yra kliento pusės prognozavimas. Šiame straipsnyje pateikiama išsami kliento pusės prognozavimo apžvalga, nagrinėjami jo pagrindiniai principai, diegimo strategijos ir geriausios praktikos, siekiant sklandžios ir įtraukiančios daugelio žaidėjų patirties.

Kas yra kliento pusės prognozavimas?

Kliento pusės prognozavimas yra technika, naudojama daugelio žaidėjų žaidimuose, siekiant sumažinti tinklo delsos poveikį. Ji veikia leisdama kiekvienam klientui prognozuoti savo veiksmų rezultatą vietoje, dar prieš gaunant patvirtinimą iš serverio. Tai sukuria momentinio reagavimo iliuziją, net kai yra vėlavimas bendraujant su serveriu. Be kliento pusės prognozavimo žaidėjai patirtų pastebimą vėlavimą tarp jų įvesties ir atitinkamo veiksmo žaidime, o tai lemtų varginančią ir nežaidžiamą patirtį.

Įsivaizduokite žaidėją pirmojo asmens šaudyklėje, paspaudžiantį klavišą „judėti pirmyn“. Be kliento pusės prognozavimo žaidėjo personažas pradėtų judėti tik tada, kai serveris gautų įvestį, ją apdorotų ir atsiųstų atnaujinimą atgal klientui. Šis vėlavimas, kad ir koks mažas, būtų pastebimas ir trikdantis. Su kliento pusės prognozavimu klientas iš karto pradeda judinti personažą pirmyn, remdamasis žaidėjo įvestimi, numatydamas serverio patvirtinimą. Kai atkeliauja serverio atnaujinimas, klientas gali suderinti bet kokius neatitikimus tarp prognozuotos būsenos ir autoritetingos serverio būsenos.

Kodėl kliento pusės prognozavimas yra svarbus?

Kliento pusės prognozavimo svarba kyla iš esminių tinklo komunikacijos apribojimų. Vėlavimas (delsa), t. y. duomenų perdavimo tinkle uždelsa, yra neišvengiamas. Šį vėlavimą gali sukelti įvairūs veiksniai, įskaitant:

Atstumas: Fizinis atstumas tarp kliento ir serverio. Žaidėjai, esantys toli nuo serverio, natūraliai patirs didesnį vėlavimą. Pavyzdžiui, žaidėjas Tokijuje, jungdamasis prie serverio Niujorke, turės žymiai didesnį vėlavimą nei žaidėjas Niujorke, jungdamasis prie to paties serverio.
Tinklo perkrova: Eismo kiekis tinkle. Piko valandomis tinklo perkrova gali padidinti vėlavimą.
Tinklo aparatinė įranga: Tinklo aparatinės įrangos, pvz., maršrutizatorių ir komutatorių, kokybė ir konfigūracija.
Apdorojimo vėlavimai: Vėlavimai, atsirandantys serveriui apdorojant žaidimo logiką ir atnaujinant žaidimo būseną.

Be tokių švelninimo technikų kaip kliento pusės prognozavimas, šie vėlavimai padarytų realaus laiko daugelio žaidėjų žaidimus nežaidžiamais. Kliento pusės prognozavimas padeda:

Sumažinti suvokiamą vėlavimą: Prognozuojant žaidėjų veiksmų rezultatus vietoje, kliento pusės prognozavimas užmaskuoja tinklo vėlavimo poveikį, todėl žaidimas atrodo jautresnis.
Pagerinti žaidėjo reakciją: Žaidėjai gali greičiau ir tiksliau reaguoti į žaidimo įvykius, o tai lemia įdomesnę ir konkurencingesnę patirtį.
Sukurti sklandesnę žaidimo patirtį: Kliento pusės prognozavimas sumažina trikdantį vėlavimo poveikį, todėl žaidimo patirtis tampa sklandesnė ir malonesnė.

Pagrindinės kliento pusės prognozavimo sąvokos

Norint efektyviai įdiegti kliento pusės prognozavimą, labai svarbu suprasti šias sąvokas:

1. Kliento autoritetas vs. serverio autoritetas

Tinkliniame žaidime serveris paprastai laikomas autoritetingu žaidimo būsenos tiesos šaltiniu. Tai reiškia, kad serveris yra atsakingas už žaidimo logikos apdorojimą, konfliktų sprendimą ir visų klientų sinchronizavimą. Tačiau pasikliaujant vien serverio autoritetu, gali kilti didelių vėlavimo problemų. Kliento pusės prognozavimas leidžia klientams laikinai perimti autoritetą tam tikriems žaidimo būsenos aspektams, pavyzdžiui, savo personažo judėjimui, kad būtų užtikrinta jautresnė patirtis. Galiausiai serveris išlieka autoritetingu šaltiniu, ir bet kokie neatitikimai tarp kliento prognozės ir serverio būsenos turi būti suderinti.

2. Žaidimo būsena

Žaidimo būsena atspindi dabartinę žaidimo pasaulio padėtį tam tikru laiko momentu. Tai apima visų žaidimo objektų pozicijas, orientacijas, greičius ir kitas svarbias savybes. Kliento pusės prognozavimas apima vietinės žaidimo būsenos kopijos palaikymą kiekviename kliente, kuri yra atnaujinama remiantis žaidėjo įvestimi ir prognozuojamomis fizikos simuliacijomis. Serveris taip pat palaiko autoritetingą žaidimo būsenos kopiją, kuri naudojama bet kokiems neatitikimams kliento vietinėje būsenoje ištaisyti.

3. Įvesties buferizavimas

Įvesties buferizavimas yra žaidėjo įvesties saugojimo procesas kliento pusėje prieš siunčiant ją į serverį. Tai leidžia klientui prireikus pakartoti įvestį ir iš naujo simuliuoti žaidimo būseną, pavyzdžiui, taisant prognozavimo klaidas. Įvesties buferyje paprastai saugoma pastarųjų žaidėjo įvesčių istorija kartu su laiko žymėmis, nurodančiomis, kada kiekviena įvestis buvo sugeneruota.

4. Suderinimas

Suderinimas yra kliento prognozuotos žaidimo būsenos palyginimo su autoritetinga žaidimo būsena, gauta iš serverio, procesas. Jei tarp jų yra kokių nors neatitikimų, klientas turi ištaisyti savo vietinę būseną, kad ji atitiktų serverio būseną. Šis taisymo procesas gali apimti tiesiog kliento būsenos perrašymą serverio būsena arba sudėtingesnių metodų naudojimą, siekiant sklandžiai pereiti nuo prognozuotos būsenos prie autoritetingos būsenos.

5. Apytikslis skaičiavimas (Dead Reckoning)

Apytikslis skaičiavimas yra technika, naudojama ekstrapoliuoti būsimą objekto padėtį, remiantis jo dabartine padėtimi, greičiu ir pagreičiu. Tai gali būti naudojama siekiant sumažinti duomenų kiekį, kurį reikia perduoti per tinklą, nes serveriui reikia siųsti atnaujinimus tik tada, kai objekto trajektorija žymiai nukrypsta nuo prognozuojamo kelio. Apytikslis skaičiavimas dažnai naudojamas kartu su kliento pusės prognozavimu, siekiant dar labiau sumažinti suvokiamą vėlavimą.

Kliento pusės prognozavimo diegimas

Diegiant kliento pusės prognozavimą, reikia atidžiai apsvarstyti žaidimo architektūrą, fizikos variklį ir tinklo protokolą. Štai bendras susijusių veiksmų planas:

1. Rinkti žaidėjo įvestį

Pirmasis žingsnis yra rinkti žaidėjo įvestį vietoje, kliento pusėje. Tai galima padaryti naudojant standartinius įvesties įrenginius, tokius kaip klaviatūros, pelės ir žaidimų pultai. Įvestis turėtų būti pažymėta laiko žyme, kad būtų užtikrintas tikslus sinchronizavimas su serveriu.

2. Prognozuoti žaidėjo veiksmų rezultatą

Surinkus žaidėjo įvestį, klientas gali prognozuoti žaidėjo veiksmų rezultatą vietoje. Tai paprastai apima žaidimo fizikos variklio simuliavimą kliento pusėje ir atitinkamą žaidimo būsenos atnaujinimą. Klientas turėtų naudoti tuos pačius fizikos parametrus kaip ir serveris, kad užtikrintų tikslų prognozavimą.

Pavyzdžiui, jei žaidėjas paspaudžia mygtuką „šokti“, klientas turėtų nedelsdamas pritaikyti aukštyn nukreiptą jėgą žaidėjo personažui ir simuliuoti gautą trajektoriją. Tai sukurs momentinio reagavimo iliuziją, net jei serveris dar nepatvirtino veiksmo.

3. Siųsti žaidėjo įvestį į serverį

Prognozavus žaidėjo veiksmų rezultatą, klientas turėtų nusiųsti žaidėjo įvestį serveriui. Įvestis turėtų būti siunčiama kuo greičiau ir patikimiau, kad būtų sumažintas vėlavimas. Įvesties duomenyse turėtų būti įvesties laiko žymė, taip pat bet kokia kita svarbi informacija, pvz., įvesties jėgos kryptis ir dydis.

4. Palaikyti įvesties buferį

Klientas turėtų palaikyti įvesties buferį, kad išsaugotų pastarųjų žaidėjo įvesčių istoriją. Šis buferis bus naudojamas prireikus pakartoti įvestį ir iš naujo simuliuoti žaidimo būseną, pavyzdžiui, taisant prognozavimo klaidas. Įvesties buferis turėtų būti pakankamai didelis, kad tilptų kelių sekundžių įvesties duomenys.

5. Gauti autoritetingus atnaujinimus iš serverio

Serveris turėtų periodiškai siųsti klientui autoritetingus žaidimo būsenos atnaujinimus. Šiuose atnaujinimuose turėtų būti visų žaidimo objektų pozicijos, orientacijos, greičiai ir kitos svarbios savybės. Šių atnaujinimų dažnumas priklausys nuo žaidimo reikalavimų ir turimo pralaidumo.

6. Suderinti kliento prognozuotą būseną su serverio būsena

Kai klientas gauna autoritetingą atnaujinimą iš serverio, jis turėtų palyginti savo prognozuotą žaidimo būseną su serverio būsena. Jei tarp jų yra kokių nors neatitikimų, klientas turi ištaisyti savo vietinę būseną, kad ji atitiktų serverio būseną. Šis taisymo procesas gali būti įgyvendintas įvairiais būdais, priklausomai nuo žaidimo reikalavimų.

Vienas įprastas metodas yra tiesiog perrašyti kliento būseną serverio būsena. Tačiau tai gali sukelti trikdančius vizualinius pertrūkius, ypač jei neatitikimai yra dideli. Sudėtingesnis metodas yra sklandus perėjimas nuo prognozuotos būsenos prie autoritetingos būsenos per trumpą laiką. Tai galima pasiekti naudojant tokias technikas kaip interpoliacija ir glodinimas.

Kitas svarbus aspektas yra susidūrimų valdymas. Jei klientas prognozuoja susidūrimą, kuris neįvyksta serveryje, arba atvirkščiai, klientas turi atitinkamai pakoreguoti savo trajektoriją. Tai gali būti sudėtinga, ypač sudėtingose aplinkose su daug judančių objektų.

Pažangios technikos

Be aukščiau aprašytų pagrindinių sąvokų ir diegimo veiksmų, yra keletas pažangių technikų, kurias galima naudoti norint dar labiau pagerinti kliento pusės prognozavimo efektyvumą:

1. Delta suspaudimas

Delta suspaudimas yra technika, naudojama siekiant sumažinti duomenų kiekį, kurį reikia perduoti per tinklą. Užuot kiekvieną kartą siuntęs visą žaidimo būseną, serveris siunčia tik skirtumus (arba deltas) tarp dabartinės ir ankstesnės būsenos. Tai gali žymiai sumažinti pralaidumo reikalavimus, ypač žaidimuose su daug judančių objektų.

2. Interesų valdymas

Interesų valdymas yra technika, naudojama siekiant sumažinti duomenų kiekį, kurį kiekvienas klientas turi apdoroti. Kiekvienam klientui siunčiami tik tų žaidimo objektų atnaujinimai, kurie yra jo „interesų zonoje“. Ši zona paprastai atitinka kliento matymo lauką arba aplinkinę sritį. Interesų valdymas gali žymiai pagerinti našumą, ypač dideliuose atviro pasaulio žaidimuose.

3. Vėlavimo kompensavimas

Vėlavimo kompensavimas yra technika, naudojama kompensuoti vėlavimo poveikį apdorojant žaidėjo įvestį. Kai žaidėjas iššauna iš ginklo, serveris turi nustatyti, ar šūvis pataikė į taikinį. Tačiau dėl vėlavimo žaidėjo padėtis šūvio metu gali skirtis nuo jo dabartinės padėties. Vėlavimo kompensavimas bando atsukti žaidimo būseną į šūvio laiką, kad serveris galėtų tiksliai nustatyti, ar šūvis pataikė į taikinį. Yra įvairių vėlavimo kompensavimo metodų, kurių kiekvienas turi savų kompromisų tikslumo ir našumo atžvilgiu.

4. Sub-taktinė simuliacija

Sub-taktinė simuliacija apima žaidimo fizikos variklio paleidimą didesniu dažniu nei tinklo atnaujinimo sparta. Tai gali pagerinti kliento pusės prognozavimo tikslumą, ypač žaidimuose su greitai judančiais objektais ar sudėtingomis fizikos sąveikomis. Pavyzdžiui, jei tinklo atnaujinimo sparta yra 30 Hz, fizikos variklis galėtų būti paleistas 60 Hz ar net didesniu dažniu. Tai leidžia klientui tiksliau prognozuoti žaidėjo veiksmų rezultatą tarp tinklo atnaujinimų.

Dažniausi iššūkiai ir sprendimai

Kliento pusės prognozavimo diegimas gali būti sudėtingas, ir yra keletas bendrų spąstų, kurių reikia vengti:

1. Prognozavimo klaidos

Prognozavimo klaidos yra neišvengiamos, nes kliento vietinė simuliacija niekada nebus visiškai sinchronizuota su serverio autoritetinga būsena. Svarbiausia yra sumažinti šias klaidas ir su jomis elgtis grakščiai. Tai galima pasiekti naudojant tikslius fizikos modelius, mažinant tinklo vėlavimą ir diegiant patikimas suderinimo technikas.

Sprendimas: Įdiekite glodinimo technikas, kad sumažintumėte vizualinį korekcijų poveikį. Naudokite gerai suderintą fizikos variklį ir užtikrinkite, kad klientas ir serveris naudoja tuos pačius fizikos parametrus.

2. Susidūrimų valdymas

Tinkamai valdyti susidūrimus tinklinėje aplinkoje gali būti sunku, nes klientas ir serveris gali skirtingai matyti žaidimo pasaulį. Tai gali sukelti situacijas, kai klientas prognozuoja susidūrimą, kuris neįvyksta serveryje, arba atvirkščiai. Netikslus susidūrimų valdymas gali lemti, kad žaidėjai pereis per sienas arba įstrigs aplinkoje.

Sprendimas: Naudokite nuoseklią susidūrimų aptikimo sistemą tiek kliento, tiek serverio pusėje. Įdiekite susidūrimų suderinimą, kad ištaisytumėte neatitikimus tarp kliento prognozuotų susidūrimų ir serverio autoritetingų susidūrimų.

3. Sukčiavimas

Kliento pusės prognozavimas gali palengvinti žaidėjams sukčiavimą, nes jie turi daugiau kontrolės savo vietinėje žaidimo būsenoje. Labai svarbu įdiegti apsaugos nuo sukčiavimo priemones, kad žaidėjai negalėtų išnaudoti sistemos.

Sprendimas: Atlikite žaidėjų veiksmų patvirtinimą serverio pusėje. Įdiekite apsaugos nuo sukčiavimo sistemas, kad aptiktumėte ir užkirstumėte kelią įprastoms sukčiavimo technikoms. Reguliariai atnaujinkite savo apsaugos nuo sukčiavimo sistemas, kad neatsiliktumėte nuo sukčių.

Pavyzdžiai populiariuose žaidimuose

Daugelis populiarių daugelio žaidėjų žaidimų naudoja kliento pusės prognozavimą, kad suteiktų jautrią ir įtraukiančią patirtį. Štai keletas pavyzdžių:

Counter-Strike: Global Offensive (CS:GO): CS:GO yra pirmojo asmens šaudyklė, kuri labai priklauso nuo kliento pusės prognozavimo ir vėlavimo kompensavimo, kad suteiktų konkurencingą ir jautrią patirtį, net esant skirtingoms tinklo sąlygoms visame pasaulyje. Žaidime naudojamos sudėtingos technikos žaidėjų judėjimui ir ginklų šūviams prognozuoti, sumažinant suvokiamą vėlavimą ir užtikrinant, kad pataikymų registravimas atrodytų tikslus.
Fortnite: „Fortnite“ naudoja kliento pusės prognozavimą, kad valdytų sudėtingą judėjimo ir statybų mechaniką, kuri yra pagrindinė žaidimo dalis. Žaidimas vietoje prognozuoja žaidėjų judėjimą ir statinių išdėstymą, leidžiant žaidėjams greitai reaguoti ir kurti struktūras realiuoju laiku. Tada serveris patvirtina šiuos veiksmus ir suderina bet kokius neatitikimus, užtikrindamas, kad žaidimo būsena išliktų nuosekli.
Overwatch: „Overwatch“ naudoja kliento pusės prognozavimą, kad valdytų greitą veiksmą ir įvairias herojų galias. Žaidimas prognozuoja žaidėjų judėjimą, gebėjimų naudojimą ir sviedinių trajektorijas, sumažindamas suvokiamą vėlavimą ir leisdamas žaidėjams greitai reaguoti į priešo veiksmus. Tada serveris patvirtina šiuos veiksmus ir suderina bet kokius neatitikimus, užtikrindamas, kad žaidimo būsena išliktų nuosekli visuose klientuose.

Geriausios kliento pusės prognozavimo praktikos

Norėdami užtikrinti savo kliento pusės prognozavimo diegimo sėkmę, apsvarstykite šias geriausias praktikas:

Teikite pirmenybę tikslumui: Naudokite tikslius fizikos modelius ir sumažinkite tinklo vėlavimą, kad sumažintumėte prognozavimo klaidas.
Įdiekite patikimą suderinimą: Sukurkite patikimas suderinimo technikas, kad ištaisytumėte neatitikimus tarp kliento prognozuotos būsenos ir serverio būsenos.
Optimizuokite našumą: Optimizuokite savo kodą, kad užtikrintumėte, jog kliento pusės prognozavimas neturėtų neigiamos įtakos našumui.
Kruopščiai testuokite: Kruopščiai išbandykite savo diegimą įvairiomis tinklo sąlygomis, kad nustatytumėte ir ištaisytumėte bet kokias problemas.
Stebėkite ir kartokite: Stebėkite savo žaidimo našumą ir žaidėjų atsiliepimus, kad nustatytumėte tobulintinas sritis.

Kliento pusės prognozavimo ateitis

Tinklo technologijoms toliau vystantis, kliento pusės prognozavimas išliks svarbia technika kuriant jautrias ir įtraukiančias daugelio žaidėjų patirtis. Ateities pažanga tinklo infrastruktūroje, tokia kaip 5G ir kraštinių skaičiavimų (edge computing), leis naudoti dar sudėtingesnes kliento pusės prognozavimo technikas. Galime tikėtis matyti pažangesnius algoritmus žaidėjų elgesiui prognozuoti, efektyvesnius metodus kliento būsenai su serverio būsena suderinti ir patikimesnes apsaugos nuo sukčiavimo priemones, kad žaidėjai negalėtų išnaudoti sistemos.

Išvada

Kliento pusės prognozavimas yra esminė technika kuriant jautrius ir įtraukiančius daugelio žaidėjų žaidimus. Leisdama klientams prognozuoti savo veiksmų rezultatus vietoje, kliento pusės prognozavimas sušvelnina tinklo vėlavimo poveikį ir sukuria sklandesnę, malonesnę žaidimo patirtį. Nors kliento pusės prognozavimo diegimas gali būti sudėtingas, nauda yra verta pastangų. Suprasdami pagrindines sąvokas, laikydamiesi geriausių praktikų ir nuolat stebėdami bei tobulindami savo diegimą, galite sukurti daugelio žaidėjų žaidimą, kuris suteikia tikrai įtraukiančią ir jautrią patirtį žaidėjams visame pasaulyje.