Vairāku spēlētāju tīklošanas apgūšana: padziļināts ieskats klienta puses prognozēšanā

Straujajā vairāku spēlētāju spēļu izstrādes pasaulē vissvarīgākais ir radīt nevainojamu un atsaucīgu pieredzi spēlētājiem visā pasaulē. Viena no galvenajām metodēm, kā to panākt, jo īpaši tīkla latentuma apstākļos, ir klienta puses prognozēšana. Šis raksts sniedz visaptverošu pārskatu par klienta puses prognozēšanu, izpētot tās pamatprincipus, ieviešanas stratēģijas un labākās prakses, lai panāktu plūstošu un saistošu vairāku spēlētāju spēles pieredzi.

Kas ir klienta puses prognozēšana?

Klienta puses prognozēšana ir tehnika, ko izmanto vairāku spēlētāju spēlēs, lai mazinātu tīkla latentuma ietekmi. Tā darbojas, ļaujot katram klientam prognozēt savu darbību iznākumu lokāli, pirms saņemts apstiprinājums no servera. Tas rada tūlītējas atsaucības ilūziju, pat ja pastāv aizkave komunikācijā ar serveri. Bez klienta puses prognozēšanas spēlētāji izjustu pamanāmu aizturi starp savu ievadi un atbilstošo darbību spēlē, kas novestu pie neapmierinošas un nespēlējamas pieredzes.

Iedomājieties spēlētāju pirmās personas šaušanas spēlē, kurš nospiež taustiņu "virzīties uz priekšu". Bez klienta puses prognozēšanas spēlētāja tēls sāktu kustēties tikai pēc tam, kad serveris saņemtu ievadi, to apstrādātu un nosūtītu atjauninājumu atpakaļ klientam. Šī aizkave, lai arī cik maza, būtu pamanāma un traucējoša. Ar klienta puses prognozēšanu klients nekavējoties sāk virzīt tēlu uz priekšu, pamatojoties uz spēlētāja ievadi, paredzot servera apstiprinājumu. Kad pienāk servera atjauninājums, klients var saskaņot jebkādas neatbilstības starp prognozēto stāvokli un autoritatīvo servera stāvokli.

Kāpēc klienta puses prognozēšana ir svarīga?

Klienta puses prognozēšanas nozīme izriet no tīkla komunikācijas raksturīgajiem ierobežojumiem. Latentums, datu pārraides aizkave tīklā, ir neizbēgams. Šo aizkavi var izraisīt dažādi faktori, tostarp:

• Attālums: Fiziskais attālums starp klientu un serveri. Spēlētāji, kas atrodas tālu no servera, dabiski izjutīs lielāku latentumu. Piemēram, spēlētājam Tokijā, kurš pieslēdzas serverim Ņujorkā, būs ievērojami lielāks latentums nekā spēlētājam Ņujorkā, kurš pieslēdzas tam pašam serverim.
• Tīkla pārslodze: Satiksmes apjoms tīklā. Sastrēgumstundās tīkla pārslodze var palielināt latentumu.
• Tīkla aparatūra: Tīkla aparatūras, piemēram, maršrutētāju un komutatoru, kvalitāte un konfigurācija.
• Apstrādes aizkaves: Aizkaves, kas rodas, serverim apstrādājot spēles loģiku un atjauninot spēles stāvokli.

Bez mazināšanas tehnikām, piemēram, klienta puses prognozēšanas, šīs aizkaves padarītu reāllaika vairāku spēlētāju spēles nespēlējamas. Klienta puses prognozēšana palīdz:

• Samazināt uztverto latentumu: Prognozējot spēlētāju darbību iznākumu lokāli, klienta puses prognozēšana maskē tīkla latentuma ietekmi, liekot spēlei šķist atsaucīgākai.
• Uzlabot spēlētāja atsaucību: Spēlētāji var ātrāk un precīzāk reaģēt uz notikumiem spēlē, kas nodrošina saistošāku un konkurētspējīgāku pieredzi.
• Radīt plūstošāku spēles pieredzi: Klienta puses prognozēšana samazina traucējošo aiztures ietekmi, radot plūstošāku un patīkamāku spēles pieredzi.

Klienta puses prognozēšanas pamatjēdzieni

Efektīvas klienta puses prognozēšanas ieviešanai ir būtiski izprast šādus jēdzienus:

1. Klienta autoritāte pret servera autoritāti

Tīkla spēlē serveris parasti tiek uzskatīts par autoritatīvu patiesības avotu spēles stāvoklim. Tas nozīmē, ka serveris ir atbildīgs par spēles loģikas apstrādi, konfliktu risināšanu un visu klientu sinhronizācijas nodrošināšanu. Tomēr, paļaujoties tikai uz servera autoritāti, var rasties ievērojamas latentuma problēmas. Klienta puses prognozēšana ļauj klientiem uz laiku pārņemt autoritāti pār noteiktiem spēles stāvokļa aspektiem, piemēram, sava tēla kustību, lai nodrošinātu atsaucīgāku pieredzi. Serveris galu galā paliek autoritatīvs avots, un jebkādas neatbilstības starp klienta prognozi un servera stāvokli ir jāsaskaņo.

2. Spēles stāvoklis

Spēles stāvoklis atspoguļo spēles pasaules pašreizējo stāvokli noteiktā laika brīdī. Tas ietver visu spēles objektu pozīcijas, orientācijas, ātrumus un citas būtiskas īpašības. Klienta puses prognozēšana ietver spēles stāvokļa lokālas kopijas uzturēšanu katrā klientā, kas tiek atjaunināta, pamatojoties uz spēlētāja ievadi un prognozētajām fizikas simulācijām. Serveris uztur arī autoritatīvu spēles stāvokļa kopiju, kas tiek izmantota, lai labotu jebkādas neatbilstības klienta lokālajā stāvoklī.

3. Ievades buferizācija

Ievades buferizācija ir spēlētāja ievades datu glabāšanas process lokāli klientā pirms to nosūtīšanas uz serveri. Tas ļauj klientam nepieciešamības gadījumā atkārtoti atskaņot ievadi un pārs simulēt spēles stāvokli, piemēram, labojot prognozēšanas kļūdas. Ievades buferis parasti glabā pēdējo spēlētāja ievadīto datu vēsturi kopā ar laika zīmogiem, kas norāda, kad katra ievade tika veikta.

4. Saskaņošana

Saskaņošana ir process, kurā klienta prognozētais spēles stāvoklis tiek salīdzināts ar no servera saņemto autoritatīvo spēles stāvokli. Ja starp abiem ir kādas neatbilstības, klientam ir jālabo savs lokālais stāvoklis, lai tas atbilstu servera stāvoklim. Šo labošanas procesu var veikt, vienkārši pārrakstot klienta stāvokli ar servera stāvokli vai izmantojot sarežģītākas metodes, lai vienmērīgi pārietu no prognozētā stāvokļa uz autoritatīvo stāvokli.

5. Aplēses navigācija (Dead Reckoning)

Aplēses navigācija ir tehnika, ko izmanto, lai ekstrapolētu objekta nākotnes pozīciju, pamatojoties uz tā pašreizējo pozīciju, ātrumu un paātrinājumu. To var izmantot, lai samazinātu datu apjomu, kas jāpārraida tīklā, jo serverim ir jānosūta atjauninājumi tikai tad, ja objekta trajektorija būtiski atšķiras no prognozētā ceļa. Aplēses navigāciju bieži izmanto kopā ar klienta puses prognozēšanu, lai vēl vairāk samazinātu uztverto latentumu.

Klienta puses prognozēšanas ieviešana

Klienta puses prognozēšanas ieviešanai nepieciešama rūpīga spēles arhitektūras, fizikas dzinēja un tīklošanas protokola apsvēršana. Šeit ir vispārīgs iesaistīto soļu apraksts:

1. Apkopot spēlētāja ievadi

Pirmais solis ir apkopot spēlētāja ievadi lokāli klientā. To var izdarīt, izmantojot standarta ievades ierīces, piemēram, tastatūras, peles un spēļu pultis. Ievadei jābūt ar laika zīmogu, lai nodrošinātu precīzu sinhronizāciju ar serveri.

2. Prognozēt spēlētāja darbību rezultātu

Kad spēlētāja ievade ir apkopota, klients var lokāli prognozēt spēlētāja darbību rezultātu. Tas parasti ietver spēles fizikas dzinēja simulēšanu klientā un attiecīgu spēles stāvokļa atjaunināšanu. Klientam jāizmanto tie paši fizikas parametri kā serverim, lai nodrošinātu precīzu prognozēšanu.

Piemēram, ja spēlētājs nospiež pogu "lēkt", klientam nekavējoties jāpieliek spēks uz augšu spēlētāja tēlam un jāsimulē rezultējošā trajektorija. Tas radīs tūlītējas atsaucības ilūziju, lai gan serveris vēl nav apstiprinājis darbību.

3. Nosūtīt spēlētāja ievadi uz serveri

Pēc spēlētāja darbību rezultāta prognozēšanas klientam ir jānosūta spēlētāja ievade uz serveri. Ievade jānosūta pēc iespējas ātrāk un uzticamāk, lai samazinātu latentumu. Ievades datiem jāietver ievades laika zīmogs, kā arī jebkura cita būtiska informācija, piemēram, ievades spēka virziens un lielums.

4. Uzturēt ievades buferi

Klientam jāuztur ievades buferis, lai glabātu neseno spēlētāja ievadīto datu vēsturi. Šis buferis tiks izmantots, lai nepieciešamības gadījumā atkārtoti atskaņotu ievadi un pārs simulētu spēles stāvokli, piemēram, labojot prognozēšanas kļūdas. Ievades buferim jābūt pietiekami lielam, lai uzglabātu vairāku sekunžu ievades datus.

5. Saņemt autoritatīvus atjauninājumus no servera

Serverim periodiski jānosūta autoritatīvi spēles stāvokļa atjauninājumi klientam. Šiem atjauninājumiem jāietver visu spēles objektu pozīcijas, orientācijas, ātrumi un citas būtiskas īpašības. Šo atjauninājumu biežums būs atkarīgs no spēles prasībām un pieejamā joslas platuma.

6. Saskaņot klienta prognozēto stāvokli ar servera stāvokli

Kad klients saņem autoritatīvu atjauninājumu no servera, tam ir jāsalīdzina savs prognozētais spēles stāvoklis ar servera stāvokli. Ja starp abiem ir kādas neatbilstības, klientam ir jālabo savs lokālais stāvoklis, lai tas atbilstu servera stāvoklim. Šo labošanas procesu var ieviest dažādos veidos, atkarībā no spēles prasībām.

Viena izplatīta pieeja ir vienkārši pārrakstīt klienta stāvokli ar servera stāvokli. Tomēr tas var izraisīt krasas vizuālas nepārtrauktības, īpaši, ja neatbilstības ir lielas. Sarežģītāka pieeja ir īsā laika periodā vienmērīgi pāriet no prognozētā stāvokļa uz autoritatīvo stāvokli. To var panākt, izmantojot tādas metodes kā interpolācija un izlīdzināšana.

Vēl viens svarīgs apsvērums ir, kā rīkoties ar sadursmēm. Ja klients prognozē sadursmi, kas nenotiek serverī, vai otrādi, klientam ir attiecīgi jāpielāgo sava trajektorija. Tas var būt sarežģīti, īpaši sarežģītās vidēs ar daudziem kustīgiem objektiem.

Papildu metodes

Papildus iepriekš aprakstītajiem pamatjēdzieniem un ieviešanas soļiem ir vairākas progresīvas metodes, kuras var izmantot, lai vēl vairāk uzlabotu klienta puses prognozēšanas efektivitāti:

1. Delta kompresija

Delta kompresija ir tehnika, ko izmanto, lai samazinātu datu apjomu, kas jāpārraida tīklā. Tā vietā, lai katru reizi nosūtītu visu spēles stāvokli, serveris nosūta tikai atšķirības (jeb deltas) starp pašreizējo stāvokli un iepriekšējo stāvokli. Tas var ievērojami samazināt joslas platuma prasības, īpaši spēlēs ar daudziem kustīgiem objektiem.

2. Interešu pārvaldība

Interešu pārvaldība ir tehnika, ko izmanto, lai samazinātu datu apjomu, kas katram klientam jāapstrādā. Katram klientam tiek nosūtīti atjauninājumi tikai par tiem spēles objektiem, kas atrodas tā "interešu zonā". Šī zona parasti atbilst klienta redzeslaukam vai apkārtējai teritorijai. Interešu pārvaldība var ievērojami uzlabot veiktspēju, īpaši lielās atvērtās pasaules spēlēs.

3. Aiztures kompensācija

Aiztures kompensācija ir tehnika, ko izmanto, lai kompensētu latentuma ietekmi, apstrādājot spēlētāja ievadi. Kad spēlētājs izšauj no ieroča, serverim ir jānosaka, vai šāviņš trāpīja mērķī. Tomēr latentuma dēļ spēlētāja pozīcija šāviena brīdī var atšķirties no viņa pašreizējās pozīcijas. Aiztures kompensācija mēģina "attīt" spēles stāvokli atpakaļ uz šāviena brīdi, lai serveris varētu precīzi noteikt, vai šāviņš trāpīja mērķī. Pastāv dažādas aiztures kompensācijas metodes, katrai no tām ir savas priekšrocības un trūkumi precizitātes un veiktspējas ziņā.

4. Apakštaktu simulācija (Sub-Tick Simulation)

Apakštaktu simulācija ietver spēles fizikas dzinēja darbināšanu ar augstāku frekvenci nekā tīkla atjaunināšanas ātrums. Tas var uzlabot klienta puses prognozēšanas precizitāti, īpaši spēlēs ar ātri kustīgiem objektiem vai sarežģītām fizikas mijiedarbībām. Piemēram, ja tīkla atjaunināšanas ātrums ir 30 Hz, fizikas dzinēju varētu darbināt ar 60 Hz vai pat augstāku frekvenci. Tas ļauj klientam precīzāk prognozēt spēlētāja darbību rezultātu starp tīkla atjauninājumiem.

Biežākās problēmas un risinājumi

Klienta puses prognozēšanas ieviešana var būt sarežģīta, un ir vairākas bieži sastopamas kļūdas, no kurām jāizvairās:

1. Prognozēšanas kļūdas

Prognozēšanas kļūdas ir neizbēgamas, jo klienta lokālā simulācija nekad nebūs perfekti sinhronizēta ar servera autoritatīvo stāvokli. Galvenais ir samazināt šīs kļūdas un graciozi tās apstrādāt. To var panākt, izmantojot precīzus fizikas modeļus, samazinot tīkla latentumu un ieviešot stabilas saskaņošanas metodes.

Risinājums: Ieviest izlīdzināšanas metodes, lai samazinātu korekciju vizuālo ietekmi. Izmantojiet labi noregulētu fizikas dzinēju un pārliecinieties, ka klients un serveris izmanto tos pašus fizikas parametrus.

2. Sadursmju apstrāde

Pareiza sadursmju apstrāde tīkla vidē var būt sarežģīta, jo klientam un serverim var būt atšķirīgi skatījumi uz spēles pasauli. Tas var novest pie situācijām, kad klients prognozē sadursmi, kas nenotiek serverī, vai otrādi. Neprecīza sadursmju apstrāde var izraisīt to, ka spēlētāji iziet cauri sienām vai iestrēgst vidē.

Risinājums: Izmantojiet konsekventu sadursmju noteikšanas sistēmu gan klientā, gan serverī. Ieviest sadursmju saskaņošanu, lai labotu neatbilstības starp klienta prognozētajām sadursmēm un servera autoritatīvajām sadursmēm.

3. Krāpšanās

Klienta puses prognozēšana var atvieglot spēlētājiem krāpšanos, jo viņiem ir lielāka kontrole pār savu lokālo spēles stāvokli. Ir ļoti svarīgi ieviest pretkrāpšanās pasākumus, lai neļautu spēlētājiem izmantot sistēmu.

Risinājums: Veikt spēlētāju darbību validāciju servera pusē. Ieviest pretkrāpšanās sistēmas, lai atklātu un novērstu izplatītākās krāpšanās metodes. Regulāri atjauniniet savas pretkrāpšanās sistēmas, lai būtu soli priekšā krāpniekiem.

Piemēri populārās spēlēs

Daudzas populāras vairāku spēlētāju spēles izmanto klienta puses prognozēšanu, lai nodrošinātu atsaucīgu un saistošu pieredzi. Šeit ir daži piemēri:

• Counter-Strike: Global Offensive (CS:GO): CS:GO ir pirmās personas šaušanas spēle, kas lielā mērā paļaujas uz klienta puses prognozēšanu un aiztures kompensāciju, lai nodrošinātu konkurētspējīgu un atsaucīgu pieredzi pat ar mainīgiem tīkla apstākļiem visā tās globālajā spēlētāju bāzē. Spēle izmanto sarežģītas metodes, lai prognozētu spēlētāju kustību un šaušanu no ieročiem, samazinot uztverto aizturi un nodrošinot, ka trāpījumu reģistrācija šķiet precīza.
• Fortnite: Fortnite izmanto klienta puses prognozēšanu, lai apstrādātu sarežģīto kustību un būvēšanas mehāniku, kas ir tās spēles pamatā. Spēle lokāli prognozē spēlētāju kustību un būvju izvietošanu, ļaujot spēlētājiem ātri reaģēt un reāllaikā veidot struktūras. Pēc tam serveris apstiprina šīs darbības un saskaņo jebkādas neatbilstības, nodrošinot, ka spēles stāvoklis paliek konsekvents.
• Overwatch: Overwatch izmanto klienta puses prognozēšanu, lai pārvaldītu straujo darbību un daudzveidīgās varoņu spējas. Spēle prognozē spēlētāju kustību, spēju izmantošanu un lādiņu trajektorijas, samazinot uztverto aizturi un ļaujot spēlētājiem ātri reaģēt uz ienaidnieka darbībām. Pēc tam serveris apstiprina šīs darbības un saskaņo jebkādas neatbilstības, nodrošinot, ka spēles stāvoklis paliek konsekvents visos klientos.

Labākās prakses klienta puses prognozēšanai

Lai nodrošinātu veiksmīgu klienta puses prognozēšanas ieviešanu, apsveriet šādas labākās prakses:

• Prioritizējiet precizitāti: Izmantojiet precīzus fizikas modeļus un samaziniet tīkla latentumu, lai samazinātu prognozēšanas kļūdas.
• Ieviest stabilu saskaņošanu: Izstrādājiet stabilas saskaņošanas metodes, lai labotu neatbilstības starp klienta prognozēto stāvokli un servera stāvokli.
• Optimizējiet veiktspēju: Optimizējiet savu kodu, lai nodrošinātu, ka klienta puses prognozēšana negatīvi neietekmē veiktspēju.
• Rūpīgi testējiet: Rūpīgi testējiet savu ieviešanu dažādos tīkla apstākļos, lai identificētu un novērstu jebkādas problēmas.
• Pārraugiet un pilnveidojiet: Pārraugiet savas spēles veiktspēju un spēlētāju atsauksmes, lai noteiktu jomas, kurās nepieciešami uzlabojumi.

Klienta puses prognozēšanas nākotne

Tīkla tehnoloģijām turpinot attīstīties, klienta puses prognozēšana joprojām būs izšķiroša tehnika, lai radītu atsaucīgu un saistošu vairāku spēlētāju pieredzi. Nākotnes sasniegumi tīkla infrastruktūrā, piemēram, 5G un malu skaitļošana (edge computing), ļaus izmantot vēl sarežģītākas klienta puses prognozēšanas metodes. Mēs varam sagaidīt progresīvākus algoritmus spēlētāju uzvedības prognozēšanai, efektīvākas metodes klienta stāvokļa saskaņošanai ar servera stāvokli un stabilākus pretkrāpšanās pasākumus, lai neļautu spēlētājiem izmantot sistēmu.

Secinājums

Klienta puses prognozēšana ir būtiska tehnika atsaucīgu un saistošu vairāku spēlētāju spēļu izstrādē. Ļaujot klientiem lokāli prognozēt savu darbību rezultātu, klienta puses prognozēšana mazina tīkla latentuma ietekmi un rada plūstošāku, patīkamāku spēles pieredzi. Lai gan klienta puses prognozēšanas ieviešana var būt sarežģīta, ieguvumi ir pūļu vērti. Izprotot pamatjēdzienus, ievērojot labākās prakses un nepārtraukti pārraugot un pilnveidojot savu ieviešanu, jūs varat izveidot vairāku spēlētāju spēli, kas sniedz patiesi aizraujošu un atsaucīgu pieredzi spēlētājiem visā pasaulē.