帧同步

Sync
2.7k words

简介

客户端，相同的状态、相同的输入、相同的计算方式=相同的下一帧状态
服务器，以固定间隔整理所有的客户端输入，整理成一个输入帧，通过网络传输给所有的客户端

需要实现的功能

可靠的UDP

KCP

KCP技术原理 - 韦斯特的文章 - 知乎

本质：ARQ协议（自动重发机制）;

特性：
1: 超时计算 RTO（重传时间间隔）翻倍vs不翻倍，x1.5
2: 选择性重传vs全部重传
3: 快速重传：发送端发送了1,2,3,4,5几个包，然后收到远端的ACK: 1, 3, 4, 5，当收到ACK3时，KCP知道2被跳过1次，收到ACK4时，知道2被跳过了2次，此时可以认为2号丢失，不用等超时，直接重传2号包，大大改善了丢包时的传输速度。
延迟ackvs非延迟ack：TCP为了充分利用带宽，延迟发送ACK（NODELAY都没用），这样超时计算会算出较大RTT时间，延长了丢包时的判断过程。KCP的ACK是否延迟发送可以调节。

使用原理：以一个消息的收发为例：
® 使用socket接口搭建udp底层通信，例如C#的Socket API。
® 发送数据前，调用kcp的send接口，发送到kcp，进行数据包拆分、封装。
® 设置kcp的output回调接口，数据包处理完成后，自动回调output接口。在这里通过socket发送到服务器
® 服务器部分运行流程与客户端相同，这里略过。消息处理完成后，服务器发包到客户端。
® 客户端的socket接口收到数据，调用kcp的input接口，kcp对数据包进行合并、解包。再通过回调接口，把真实的数据包返回给客户端进行逻辑处理。

数据的同步

客户端向服务器

  1. 在非回放的状态下，Update中，将当前的输入（horizontal、vertical、fire1、mouseDown、useSkill）保存到静态变量（GameManager.CurGameInput）中
  2. GameManager 中 Update 调用 SendInput ，将当前帧和 curGameInput 发送给服务器
  3. 接收到服务器发送来的数据，GameManager.PushFrameInput(msg.input) ,将帧和操作数据存入本地（frame 中）
  4. Update 中，根据 frame 中拿到当前帧的操作，并赋予给 inputAgent ，inputAgent 根据 数据进行位置的移动、角度的旋转

服务器向客户端

  1. 接受客户端发送来的数据，并在等待间隔后，转发给其他客户端

确定性的数学、物理运算库

存在的问题

  • 十进制浮点数无法精准转换为二进制
  • 浮点数运算对位
  • 随机数不一致

思路

通过扩大倍数，把小鼠部分按照特定的精度变成整数，后续都基于整数来进行运算
物理引擎使用定点数计算，最后虽然将定点数转换为 Unity Transform 的相关浮点数显示物体位置，但是最终在决定物理碰撞、游戏事件、物理移动中都是定点数化后的整数运算，做到物理引擎迭代的确定性，不同机器上跑物理引擎模拟，结果一致，在乘法和除法时容易溢出，可以考虑用两个int来存储值，一个存整数，一个存小数

unity-deterministic-physics 方案

unity-deterministic-physics
Unity DOTS物理版本0.6.0-preview.3的修改版本，它支持使用软浮点的跨平台确定性物理模拟。

数学库、重构的碰撞体之类的没看懂，用法大概是这样，先用着有空再深挖

修改速度

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EntityManager.SetComponentData(entity, new PhysicsVelocity()
{
    Linear = physicsParams.startingLinearVelocity,
    Angular = angularVelocityLocal
});

修改阻尼

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EntityManager.SetComponentData(entity, new PhysicsDamping()
{
    Linear = physicsParams.linearDamping,
    Angular = physicsParams.angularDamping
});

运算

加减乘除
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# 定点数的位数
INTEGER_BITS = 8
FRACTIONAL_BITS = 8

# 缩放因子
SCALE_FACTOR = 2 ** FRACTIONAL_BITS

# 定点数相加
def fixed_point_add(a, b):
    # 将整数部分和小数部分分离
    a_int = a >> FRACTIONAL_BITS
    a_frac = a & (SCALE_FACTOR - 1)
    b_int = b >> FRACTIONAL_BITS
    b_frac = b & (SCALE_FACTOR - 1)

    # 整数部分相加
    result_int = a_int + b_int

    # 小数部分相加
    result_frac = a_frac + b_frac
    if result_frac >= SCALE_FACTOR:
        result_frac -= SCALE_FACTOR
        result_int += 1

    # 合并整数部分和小数部分
    result = (result_int << FRACTIONAL_BITS) + result_frac

    return result

# 示例运算
a = 10.5
b = 3.75

# 将浮点数转换为定点数
a_fixed = int(a * SCALE_FACTOR)
b_fixed = int(b * SCALE_FACTOR)

# 定点数相加
result_fixed = fixed_point_add(a_fixed, b_fixed)

# 将定点数转换回浮点数
result = result_fixed / SCALE_FACTOR

print("结果:", result)  # 输出: 14.25

固定的执行顺序

对于协程等不确定性的方式不能再使用

使用自定义的协程

C#实现类似Unity的协程 - 喊我小怪兽啊的文章 - 知乎

解决方案

  • 取整计算法
  • 容许小概率误差
  • 逻辑表现分离，（表现层可以使用浮点数）

断线重连

通过追帧的方式重新演算到当前帧的游戏状态

比赛回放

  • 服务器记录关键帧

  • 下发客户端进行重放

  • 开发时记录在本地

数据在游戏结束时，序列化成字节，自定义的数据类型需要实现相关序列化和反序列化操作
回放时，读取字节反序列化成原先数据

反作弊

  • 重演
  • 仲裁

避免等待