解密:腾讯如何打造一款实时对战手游

2015年以来,手机游戏的市场偏好,逐渐从早期的休闲类、跑酷类、卡牌类游戏,转向重度、操作性更强的ARPG 、FPS、MOBA类游戏。因此实时对战这一游戏玩法,也逐渐成为了手机游戏的一个核心玩法。纵观AppStore畅销榜前十的游戏,过半都支持玩家实时PK或者合作攻关。由于实时对战有玩家之间自发进行强互动的特点,活跃度和社交强度都是比较高,所以为游戏的用户活跃和流水的提高奠定了坚实的基础。

腾讯的游戏开发团队,很早就观察到实时对战这一核心玩法对游戏生命周期影响的重要性,因此在自研产品方面,加大力度开发围绕实时对战这一核心玩法的游戏,从而诞生了《王者荣耀》、《穿越火线·枪战王者》、《全民超神》、《全民突击》、《天天炫斗》等一大批优秀的作品,其中不乏日活跃过千万的大作。而早期的休闲类游戏如《全民飞机大战》等,也加入了实时双打等游戏特性,所以现在依然可以经常在AppStore畅销榜前十看到《全民飞机大战》这款游戏的身影。

既然实时对战是一个非常重要的游戏玩法,为什么我们现在看到的许多游戏,都不具备这一的玩法,或者并不是游戏的主要玩法?其中一个重要的原因,就是开发实时对战的功能,在技术上需要有一定的门槛。本文希望能向大家分享腾讯是如何跨过这些门槛,解决实时对战游戏开发的一系列核心技术难题。

游戏数据同步方案   

首先我们介绍实时对战手游中最难解决的技术问题—— 弱网络下的数据同步问题。

通过对玩家的游戏数据进行观察,发现玩家的游戏环境存在很大差异,不同玩家会使用不同的2G/3G/4G/Wifi网络,不同网络之间的延迟相差很大。另外移动网络质量不稳定,且都是按流量收费,这些都是需要考虑的问题。手机在网络间的切换,又会造成底层网络断线、地址变化等问题,都是常见的情况。这些问题的统一解决手段,最重要的是通盘考虑各种需求,选择一个合理的游戏状态同步模型。

腾讯在大量游戏开发的实践中,总结出三种游戏的同步模型:

第一种叫MMOG模式。 这种同步模型,在端游时代就使用的非常广泛,特别是MMORPG里面。它的主要实现要点是:服务器负责计算全部的游戏逻辑,并且广播这些计算的结果,客户端仅仅负责发送玩家的操作,以及表现收到的游戏结果。一般来说,玩家发送一个操作到服务器上,服务器根据玩家操作去修改内存中的游戏世界模型,同时运算游戏世界对这个操作的反应,然后把这些反应都广播给相关的多个客户端,每个客户端负责把这些数据表现出来给玩家看。这种法的优点是非常安全,由于整个游戏逻辑都在服务器上,服务器只接受合法的玩家操作,一切都经过既定逻辑的运算。另外一个优点是游戏的逻辑更新很方便,因为主要逻辑都在服务器端。一般的游戏玩法需要更新,游戏开发团队自己更新重启服务器就可以了,无需让千万个手机去下载更新包。但是这种做法的缺点也很明显,首先就是用户的体验非常依赖网络质量,如果一个用户的网速慢,其他玩家都会发现他在游戏中明显的变卡。另外一个缺点就是服务器负责了太多的游戏逻辑运算。在动作游戏里,服务器往往需要针对二维或者三维空间进行运算。最后,使用这种同步方案,由于每个游戏表现都要以数据包发往客户端,所以当一起玩的用户数量较多,这种广播的数据包量就会非常大。因此根据以上的特点,腾讯一般会在那些同局游戏人数不太多,但讲求玩法变化快和安全性高的游戏中采用这种同步方案。 腾讯自研手游中比较著名的《穿越火线·枪战王者》、《全民超神》、《炫斗之王》都是使用这种方案。

关注点

表现

网络延迟

< 100ms

流量

占用较大,同时游戏角色越多占用越大

服务器负载

非常高

安全性

很好,能很方便的做反外挂。

第二种方案叫主机模式。 这种同步方案的做法是:以参与对战的一个客户端为“主机”,其他的客户端为“副机”。游戏逻辑的主要运算由 “主机”完成,所有的“副机”把操作指令,通过服务器中转,集中发送给“主机”;“主机”完成游戏运算后,把结果指令再通过服务器中转,广播给所有的“副机”。这个方案看起来有点奇怪,但是却有很明显的优点:首先是大量的实时动作游戏,其游戏过程的逻辑代码,都是在客户端上开发和运行的。客户端的游戏引擎对于二维、三维空间中的位置运算、碰撞检测等功能,都有很好的支持。因此把整个游戏逻辑由客户端负责,就能让服务器端无需再开发这部分功能。服务器只负责做转发、广播的操作,所以能承载的人数和第一种方案有数量级上的差别。由于“主机”客户端运行游戏逻辑,所以其体验是最好的,就算“副机”由于网络不佳造成体验下降,对于“主机”来说,只是发现“副机”动作有点迟缓而已。在以PVE玩法为主的游戏中,用户关注的是自己的体验,不会太在意同伴的准确动作,这种情况下,主机模式就是一种不错的同步方案。 腾讯的《全民飞机大战》的双打模式就是采用这种方式,效果相当不错。

关注点

表现

网络延迟

< 400ms

流量

一般,大概为 MMOG 模式一半

服务器负载

安全性

较差,比较容易通过修改客户端作假

第三种方案叫帧同步模式,又叫“锁步模式”。 这种模式用形象的比喻来说,就是把所有参与对战的客户端,看成是排成一列的囚犯。这些囚犯们的左脚都被链子所在一起,因此他们如果要往前走,就只能同时迈步,如果其中某个人走快了,或者走慢了,都会让整队人停下来。在实现上,一般是以服务器按固定的帧率,来搜集每个客户端的输入,然后把这些输入广播给所有的客户端;由于每个操作指令到达所有客户端的时间(帧)都是一样的,所以每个客户端运算的结果也是一样的,同样的输入就会得到同样的结果。这就好像:其他玩家通过网络,把操作手柄接到你的手机。这种同步方案,是传统单机-局域网游戏中最常用的。这种同步模型的最大优点是:强一致性。每个客户端的表现是完全一样的,非常适合高度要求操作技巧的游戏。由于广播的仅是玩家的操作,所以数据量很少。不管游戏中的角色数、状态量有多大、多复杂,都不会影响广播的数据量。但是这个方案也有缺点:对所有玩家的延迟都有要求,一般来说要求在50毫秒以内。如果有一个客户端网络卡了,所有的客户端都要停下来等,大家在玩《星际争霸》就见识过:一个玩家断线,全部玩家的游戏都暂停。 腾讯游戏中的《王者荣耀》、《全民突击》由于竞技性非常强,所以采用了这种方案。 另外在帧同步模式中 ,数据同步的频率较高,网络延迟越小越好。由于 TCP的滑动窗口机制和重传机制,导致延时无法控制 ,因此帧同步一般采用udp进行网络传输,但udp又会衍生出可靠性问题,对于客户端,如果某些udp包没有收到,就会出现丢帧的情况,所以这里我们自己研发了一套 《可靠UDP传输》 的协议,应用在《王者荣耀》项目。 关于《可靠UDP传输》的相关技术介绍,后续会作为专题继续分享给大家。

关注点

表现

网络延迟

< 50ms

流量

很小

服务器负载

安全性

差,游戏逻辑主要依赖客户端

安全问题

游戏外挂,一直是国内游戏市场的痼疾。在实时对战的游戏中,常见的有修改客户端代码运行时逻辑、协议破解,以及脚本代替玩家行为等外挂。对此,我们花了很大力气,从游戏的内部结构上,对抗这些破坏游戏性的行为。现在比较常用的手段有四种:

第一种是服务器驱动。 在同步模型中的”MMOG模型”中,游戏逻辑都由服务器控制,所以外挂能攻击的空间比较小,这是最好的对抗外挂的方法。由于逻辑全部在服务器上运算,所以外挂几乎无法从游戏逻辑中得到任何好处,只能在降低玩家操作难度上想办法。但是这种方案的代价也是高昂的:服务器需要保存整个游戏世界的模型,并演算所有的AI逻辑,这让服务器消耗大量内存和CPU,增加了服务器端代码的复杂性。

第二种是MonoSvr抽查回放。 这种方法是在第一种服务器驱动方案上的一种简化:客户端还是会上传所有的游戏操作,但服务器并不完全的演算整个战斗逻辑,仅对容易被外挂攻击的部分,进行验证。服务器上仅保留部分世界模型即可,从而降低了服务器的运算量。客户端并不需要等待服务器的命令回复,就可以先按自己的逻辑去运行,所以体验上有更好的表现。如果服务器发现了作弊,会事后惩罚相关的帐号。这种做法也有漏洞:因为那些没有被抽查到的客户端,或没有被验证的逻辑,都可能是外挂攻击的漏洞。

第三种是柔性反外挂。 这种方法的校验更加简单,仅仅在服务器上保留了一批预设的校验规则。这些规则可能是核算玩家的收益和付出是否合理、一些重点操作是否符合规则。这种方案服务器的压力非常的轻。由于验算的过程大大的加快了,玩家的体验也会很好。不过这种方法的漏洞更加多,一旦外挂熟悉了这些预设的校验规则,就很容易进行针对性的攻击。

第四种是举报系统。 这种方法简单来说就是人民战争,让玩家发起举报请求,然后服务器再搜集模拟被举报者的行为证据,进行针对性的验证和惩罚。但这种民不举官不究的做法,很容易被有意识的互刷所利用。这种方案有一定的漏报几率,因此往往是作为其他几种验证机制的后备机制,一起使用。

以上四种,在腾讯的游戏中,往往都是结合起来使用。在实时对战游戏中,我们除了要关注验证的准确性外,同时还需要平衡游戏体验。因此往往需要在很多地方做妥协,但是只要我们有足够多的手段复合使用,真正的漏网之鱼还是很少的。

版本更新问题

手机游戏的版本更新问题由来已久,让用户升级手机上的程序是非常不容易的。经常会出现以下问题:

然而,实时对战游戏由于强调竞技性,所以玩法逻辑常常需要进行小的调整优化。并且实时对战的玩法内容需要持续更新,所以经常都需要更新很多程序,在现有的条件下,如果只是简单的按部就班发版本,估计玩家早就跑光了。

从一些自研游戏发版本时的运营数据来看,如果在游戏内进行资源更新,可以做到99.5%以上的成功率的。但是,如果要发布一个程序包版本的更新,成功率往往就会跌至90%以下。所以每次发布版本,一些游戏的在线人数会下降10%,这对于游戏运营来说,是一个巨大而持久的损失。因此,热更新技术是现在的主流版本更新方式。把程序代码,以脚本来编写,然后使用一个优秀的脚本解析器来运行,就能让程序代码以文本资源的形式,和图片、声音等其他游戏资源一样更新下载了。

我们自己开发了一个xLua执行库,这个库能在Unity3D引擎中运行lua脚本,并且其执行的效率非常高,还能无缝的在脚本中调用游戏引擎的API。这样,我们就可以尽量少的发布新的程序版本,大部分的游戏内容玩法调整,都使用Lua脚本更新来实现。由于使用了资源更新的方式来更新游戏,现在游戏的更新成功率普遍可以达到99.8%左右,并且避免了应用商店的审核,使iOS和Android用户同时玩上游戏的最新版本。

玩家实时沟通

在传统的端游中,玩家在游戏过程中往往会通过键盘打字沟通。后来有一些第三方语音聊天软件,充当了游戏过程中实时沟通的工具。在实时对战的游戏中,和队友的配合往往是游戏的重要乐趣来源,因此实时的沟通非常重要。所谓的“开黑”,就是表示一个沟通良好的游戏伙伴小组,一起和其他玩家对战,顺畅的沟通能带给玩家巨大的竞技优势。然而,在手机游戏中,屏幕一般都比较小,不可能有空间来让玩家打字输入,况且如此激烈的实时战斗,也没有时间去慢慢的打字。因此自然很多人想到像PC上一样,运行一些实时聊天的语音软件,来辅助游戏沟通。但是手机操作系统和Windows不一样,在手机上运行的后台软件,除了会严重降低手机运行性能外,还可能被操作系统暂停和关闭。 所以游戏+语音工具的路子是走不通的 。这时,就需要游戏开发团队,为玩家在游戏中,直接提供实时语音的服务。

腾讯自研的两款大作《王者荣耀》、《 穿越火线·枪战王者 》为了改善玩家在PVP对战时的沟通体验,率先使用了腾讯内部的实时游戏语音服务。从上线后玩家反馈的效果来看,这一功能对维持用户活跃非常有价值。从运营统计数据来分析,有30%的玩家会主动说话,每人单局的语音会超过30秒,累计用过语音的玩家超过85%——这些数据都说明了语音服务是实时对战游戏玩家需要的功能。所以腾讯后续在所有32款对战游戏中,都加入了游戏实时语音服务。 近期我们将开放出这一技术为所有游戏开发者服务。

结束语

实时对战游戏的核心技术难点,主要是解决数据同步问题及弱网络下玩家的游戏体验优化。没有一款通用模型可以用于所有游戏,根据自己游戏的模型,设计出合理的游戏架构,才能让游戏的PVP体验趋于完美。