如何用非命令式P2P方法执行联网游戏
发布时间：2013-08-28 17:22:28 Tags：客户端服务器架构,网络通信,联网游戏,非命令式P2P
作者：Fernando Bevilacqua
玩多人游戏总是更有趣，因为玩家面对的不是AI控制的对手，而是另一名真人玩家。本教程将介绍如何使用非命令式P2P方式执行一款多人联网游戏。
注：尽管本教程中的案例是用AS3和Flash制作的，你仍然可以在几乎任何游戏开发环境中使用相同的技术和概念。另外，你必须掌握网络通信的基础知识。
简介
联网多人游戏具有若干不同的执行办法，可分为两类：命令式的和非命令式的。
对于命令式，最常用的方法是客户端服务器架构，即由中央实体（命令服务器）控制整个游戏。每一个连接到服务器的客户端都要不断地接收数据，然后本地生成游戏状态并显示出来。这有点像看电视。
img1_server_client(from gamedev.tutsplus)
（使用客户端服务器架构的命令式执行方法）
如果客户端执行一个动作，如从一个点移动到另一个地，那么这个信息就会发送给服务器。服务器查看这个信息是否正确，然后更新它的游戏状态。之后，服务器把信息传送给所有客户端，这样它们就可以相应地更新自己的游戏状态。
对于非命令式，没有中央实体，各个P（游戏邦注：这里的“P”是指联网中的电脑运行的游戏）控制自己的游戏状态。在P2P方法中，P发送数据给所有其他P，并接收来自它们的数据，假设那些信息都是正确可靠的（无作弊）：
img2_p2p(from gamedev.tutsplus)
（使用P2P架构的非命令式执行方法）
在本教程中，我将介绍如何使用非命令式P2P办法执行多人联网游戏。这款游戏是一个死亡竞技场，各玩家分别控制一架可以射击和投弹的飞船。
我重点解释P状态的通信和同步。为了简化，我尽量把游戏和网络代码抽取出来。
注：命令式方法更不容易受到作弊行为的损害，因为服务器完全控制游戏状态，忽略任何可疑的信息，如一个客户端说自己移动了200象素而实际上只有10象素。
什么是“非命令式游戏”？
非命令式多人游戏没有控制游戏状态的中央实体（服务器），所以各个P都必须自己控制自己的游戏状态、交流任何变化和与其他P有关的动作。结果是，玩家会同时看到两个场面：他的飞船根据他的输入移动，和所有由其他玩家控制的飞船的模拟结果。
img3_simulation(from gamedev.tutsplus)
（玩家的飞船是本地控制的。对手飞船是根据网络通信模拟的。）
玩家的飞船移动和动作是由本地输入控制的，所以玩家的游戏状态几乎是立即更新的。在所有其他飞船移动时，玩家必须接收来自所有关于对手飞船当前位置的网络信息。
那些信息在电脑之间传输是需要时间的，所以当玩家收受告之对手飞船的位置信息时，对手飞船可能已经改变位置了—-这就是要先模拟的原因：
由网络导致的通信延迟(from-gamedev）
为了保持模拟的准确，各个P都只负责传播自己的飞船的信息，而不管其他飞船的信息。这意味着，如果游戏中有四名玩家A、B、C和D，玩家A只能告之飞船A的位置、它是否被击中、它是否发射或投弹，等等。所有其他玩家会接收到来自A的信息，然后做出相应的反应，所以如果A的***打到C的飞船，那么C只会把自己被打中的信息发给A。
所以，所有其他飞船只会根据自己接收到的信息做出行动。在理想的情况下，也就是没有网络延迟的情况下，信息传输会非常及时，模拟会极其精确。
然而，随着延迟增加，模拟会变得不准确。例如，玩家A射击，本地看到***打中B的飞船，但什么事也没发生；那是因为网络延迟。当B确实收到A的***发射信息时，B已经在另一个位置了，所以它不会被击中。
映射相关动作
执行游戏和保证所有玩家能够看到相同的准确的模拟的重要一步是，识别相关动作。那些动作会改变当前游戏状态，如从一个点移动到另一个点、投弹，等等。
在我们的游戏中，重要的动作是：
射击（玩这的飞船发射***或投×××）
移动（玩家的飞船移动）
死亡（玩家的飞船被摧毁）
img5_actions(from gamedev.tutsplus)
（玩家飞船在游戏中的三种状态）
所有动作都必须在网络之间传送，所以必须在动作量和它们产生的网络信息量之间寻找平衡点。信息越大（也就是它包含的数据越多），它需要的传输时间就越长，因为它需要更多网络包。
简短的信息需要的CPU打包、发送和解压的时间更短。网络信息越小，相同时间内传送的信息就越多，这意味着吞吐率更高。
独立执行动作
映射相关动作后，就应该让它们在不需要玩家输入的情况下复写。即使那是优秀的软件开发的原则，但这一点对于多人游戏可能并不明显。
以游戏中的射击动作为例，如果它与那种输入逻辑有深刻的联系，那么在不同的情形下，游戏就不可能再次使用相同的射击代码：
独立执行动作(from gamedev.tutsplus)
当射击代码与输入逻辑不挂钩时，游戏就可以使用相同的代码来执行玩家的射击和对手的射击（当这种网络信息到达时）。这样就避免代码重复和节省工作量了。
在我们的游戏中，飞船类没有多人代码；它只描述飞船是本地的或非本地的。然而，这个类有数种操作飞船的办法，如旋转（）和改变位置。所以，多人代码可以用玩家输入代码一样的方式旋转飞船—-区别是，一个是根据本地输入，而另一个是根据网络信息民。
根据动作交换数据
现在，所有相关动作都映射好了，可以在不同P之间交换信息，以生成模拟。在交换数据以前，通信协议必须格式化。对于多人游戏通信，协议可以定义为一系列描述信息如何构建以便所有人可以发送、读取和理解信息的规则。
游戏中的交换的信息就是一个对象，包含一个强制属性即op（操作码）。这个op用于识别信息类型和表明这个信息对象具有的属性。以下是所有信息的结构：
网络信息的结构(from gamedev.tutsplus)
OP_DIE表示飞船被摧毁。它的x和y属性表示飞船被摧毁时所处的位置。
OP_POSITION表示飞船的当前位置。它的x和y属性表示飞船在屏幕上的坐标，angle表示飞船当旋转角度。
OP_SHOT表示飞船朝某飞船射击或投弹。它的x和y属性表示飞船射击时所处的位置；dx和dy属性表示飞船的方向，这保证其他P会使用相同的角度 模拟射击的飞船。b属性表示射击物的类型（***或×××）。
Multiplayer类
为了组织多玩家代码，我们创建了一个Multiplayer类。它负责发送和接收信息，以及根据接收到的反映游戏模拟的当前状态的信息来更新本地飞船。
它的初始结构，只包含一条信息代码，即：
public class Multiplayer
{
public const OP_SHOT :String = “S”;
public const OP_DIE :String = “D”;
public const OP_POSITION :String = “P”;public function Multiplayer() {
// Connection code was omitted.
}public function sendObject(obj :Object) :void {
// Network code used to send the object was omitted.
}
}
发送动作信息
为提前映射所有相关动作，网络信息必须发送，这样才能让所有P知道那个动作是什么。
当玩家被***或×××命中时，OP_DIE动作应该发送。游戏代码中已经有一个当飞船被击中而摧毁的方法了，所以游戏更新，以传送那个信息：
public function onPlayerHitByBullet() :void {
// Destoy player’s ship
playerShip.kill();// MULTIPLAYER:
// Send a message to all other players informing
// the ship was destroyed.
multiplayer.sendObject({op: Multiplayer.OP_DIE, x: platerShip.x, y: playerShip.y});
}每一次玩家改变飞船的当前位置，OP_POSITION动作就要发送一次。在游戏代码中添加multiplayer代码来传播那个信息：
public function updatePlayerInput():void {
var moved :Boolean = false;if (wasMoveKeysPressed()) {
playerShip.x += playerShip.direction.x;
playerShip.y += playerShip.direction.y;moved = true;
}if (wasRotateKeysPressed()) {
playerShip.rotate(10);
moved = true;
}// MULTIPLAYER:
// If player moved (or rotated), propagate the information.
if (moved) {
multiplayer.sendObject({op: Multiplayer.OP_POSITION, x: playerShip.x, y: playerShip.y, angle: playerShip.angle});
}
}
最后，每一次玩家飞船射击，OP_SHOT都要发送一次。这个信息包含发射物类型，这样所有P就会看到正确的发射物：
if (wasShootingKeysPressed()) {
var bulletType :Class = getBulletType();
game.shoot(playerShip, bulletType);// MULTIPLAYER:
// Inform all other players that we fired a projectile.
multiplayer.sendObject({op: Multiplayer.OP_SHOT, x: playerShip.x, y: playerShip.y, dx: playerShip.direction.x, dy: playerShip.direction.y, b: bBulletType)});
}
根据接收到的数据同步状态
此时，各名玩家都能够控制和看到自己的飞船。网络信息根据相关动作发送。唯一缺少的就是对手，所以各名玩家可以看到其他飞船并与它们产生交互作用。
在游戏中，飞船被组织成数组。这个数组目前只有一个飞船（玩家）。为了产生其他玩家的模拟，当有新玩家加入战场时，Multiplayer类就会增加新飞船到那个数组中：
public class Multiplayer
{
public const OP_SHOT :String = “S”;
public const OP_DIE :String = “D”;
public const OP_POSITION :String = “P”;(…)
// This method is invoked every time a new user joins the arena.
protected function handleUserAdded(user :UserObject) :void {
// Create a new ship base on the new user’s id.
var ship :Ship = new ship(user.id);
// Add the ship the to array of already existing ships.
game.ships.add(ship);
}
}
这个信息交换代码自动为所有玩家提供唯一识别符（也就是上述代码中的user.id）。当玩家加入战场时，multiplayer代码就会使用的这种识别法产生新飞船；这样，所有飞船都是唯一的识别符。使用所有接受到的信息的作家识别符，就可以在飞船数组中看到那个飞船。
最后，可以添加handleGetObject()到Multiplayer类中了。这个方法是调用新信息到达的时间：
public class Multiplayer
{
public const OP_SHOT :String = “S”;
public const OP_DIE :String = “D”;
public const OP_POSITION :String = “P”;(…)
// This method is invoked every time a new user joins the arena.
protected function handleUserAdded(user :UserObject) :void {
// Create a new ship base on the new user’s id.
var ship :Ship = new ship(user.id);
// Add the ship the to array of already existing ships.
game.ships.add(ship);
}protected function handleGetObject(userId :String, data :Object) :void {
var opCode :String = data.op;// Find the ship of the player who sent the message
var ship :Ship = getShipById(userId);switch(opCode) {
case OP_POSITION:
// Message to update the author’s ship position.
ship.x = data.x;
ship.y = data.y;
ship.angle = data.angle;
break;case OP_SHOT:
// Message informing the author’ ship fired a projecle.
// First of all, update the ship position and direction.
ship.x = data.x;
ship.y = data.y;
ship.direction.x = data.dx;
ship.direction.y = data.dy;// Fire the projectile from the author’s ship location.
game.shoot(ship, data.b);
break;case OP_DIE:
// Message informing the author’s ship was destroyed.
ship.kill();
break;
}
}
}
当新信息到达时，handleGetObject()方法调用两个参数：author ID（唯一识别符）和信息数据。分析信息数据，据此，要提取操作代码和所有其他属性。
使用提取后的数据，multiplayer代码重新产生所有通过网络接收到的动作。以OP_SHOT信息为例，更新当关游戏状态有以下几步：
1、查看本地飞船的userId
2、根据接收到的信息更新飞船的位置和角度
3、根据接收到的信息更新飞船的方向
4、调用负责射击属性的游戏方法，发射***或×××
正如之前描述的，射击代码与玩家和输入逻辑不挂钩，所以这个射击动作表现得与玩家本地射击完全一样。
缓解延迟问题
如果游戏只根据网络更新来移动实体，那么任何丢失的或延迟的信息都会导致实体从一个位置“超时空转换”到另一个位置。我们可以用本地预测来缓和这个问题。
例如使用插值法，实体移动是在本地用一个点替换另一个点（都被网络更新接收）。结果，实体会流畅地在这些点之间移动。理想情况下，延迟应该不会超过实体从一点替换到另一点所需的时间。
另一个技巧是外推法，也就是根据实体的当前状态本地移动它。假设实体不会改变它的当前路径，那么就可以根据它的当前方向和速度移动。如果延迟不太严重，外推法就可以准确地重新产生预期的实体移动，直到新的网络更新到达，这样移动也会是流畅的。
尽管有了这些技巧，有时候网络延迟还是非常严重，无法控制。早期解决这个问题的办法是断开有问题的P。比较安全的办法是暂停游戏：如果P在一定的时间内不响应，就断开它的连接。
总结
执行多人联网游戏是一件有难度又令人兴奋的任务。它需要你兼顾不同的事，因为所有P都要发送和重新产生所有相关的动作。这样，所有玩家才能及时地看到除了不会延迟的本地飞船外，其他飞船的模拟情况。
本教程描述了如何使用非命令式P2P方法执行多人游戏。以上所有概念都可以拓展到不同的多人机制中。（本文为游戏邦/gamerboom.com编译，拒绝任何不保留版权的转载，如需转载请联系：游戏邦）