Bài giảng Thiết kế và phát triển trò chơi máy tính - Bài 7: Unity networking - Trương Xuân Nam

Nội dung text: Bài giảng Thiết kế và phát triển trò chơi máy tính - Bài 7: Unity networking - Trương Xuân Nam

1. THIẾT KẾ VÀ PHÁT TRIỂN GAME Bài 7: Unity networking
2. Nội dung 1. Multiplayer game 2. Multiplayer flow 3. Networking 4. Multiplayer game trong unity 5. Game Pong, phiên bản mạng TRƯƠNG XUÂN NAM 2
3. Phần 1 Network multiplayer game TRƯƠNG XUÂN NAM 3
4. Multiplayer game ▪ “A multiplayer game is a game played by multiple people” ▪ Nhiều người cùng chơi một game? ▪ Local (single device) • Badlands • King of the Opera • FIFA ▪ Network • World of Warcraft • Clash of Clans • Hearthstone TRƯƠNG XUÂN NAM 4
5. Local multiplayer game (one device) ▪ Rất thú vị ▪ Phong phú ▪ Phổ biến ▪ Nhưng bản chất kĩ thuật thì không khác gì game cho một người chơi ▪ Có thể phức tạp hơn đôi chút khi phải xử lý yêu cầu từ nhiều thiết bị, nhưng về cơ bản thì không khác gì nhiều so với game người chơi với máy TRƯƠNG XUÂN NAM 5
6. Biến cố xảy ra trong game ▪ Biến cố tương đương với việc phải xử lý sự kiện, vì thế biến cố trong game hầu như tương đương với khối lượng lập trình và xử lý gameloop ▪ Theo lượt (turn base): ▪ Chess ▪ Heroes of Might and Magic ▪ Thời gian thực (real time): ▪ World of Warcraft ▪ Quake ▪ Clash of Clans??? TRƯƠNG XUÂN NAM 6
7. Game thực sự sẽ thực thi ở đâu? ▪ “Who runs the world?” ▪ On clients ▪ P2P ▪ Light server – heavy client ▪ On server ▪ Runs the game ▪ Client works as terminal ▪ Câu hỏi này quan trọng vì liên quan đến kiến trúc của các framework hỗ trợ xử lý qua mạng TRƯƠNG XUÂN NAM 7
8. Kiến trúc server thắng thế? ▪ Chi phí cho server đang giảm dần ▪ Ít gặp vấn đề khi kết nối (firewall, port forwards, ) ▪ Dễ ngăn chặn cheater, auto tools, ▪ Game server ≠ server ▪ Với những game nhỏ thì thiết bị của một người chơi nào đó có thể đóng vai trò server ▪ Điều khác biệt ở đây là “mọi thứ” của trò chơi sẽ diễn ra trên server, còn các máy khác chỉ thực hiện nhiệm vụ đồng bộ trò chơi với server mà thôi ▪ Chơi trên máy server sẽ ít bị lag hơn? Không hẳn, nhưng chắc chắn không thể lag nhiều hơn máy client TRƯƠNG XUÂN NAM 8
9. Phần 2 Multiplayer flow TRƯƠNG XUÂN NAM 9
10. Multiplayer flow • Lobby L • Hoạt động trước khi chơi • Match M • Hoạt động trải nghiệm chính của game • Conclusion C • Động lực khiến player bỏ tiền ra TRƯƠNG XUÂN NAM 10
11. Lobby ▪ Các thiết bị chưa biết thông tin về trận đấu (cần có cơ chế phù hợp để tìm kiếm trận đấu) ▪ Xây dựng giao thức tìm kiếm hợp lý để có thể tìm được server (host) ▪ Trung tâm kết nối các người chơi (server lớn) ▪ Tách nhóm ▪ Phân hạng ▪ Các hoạt động tổ/đội ▪ Khá thú vị nhưng không phải chủ đề của bài này TRƯƠNG XUÂN NAM 11
12. Match ▪ Server đóng vai trò khởi tạo và xử lý PGS (persistent game state) ▪ Client gửi các action đến server (dựa trên action của người chơi tại client đó) ▪ Server thực hiện việc kiểm tra, xác nhận, cập nhật trạng thái và thông báo lại cho tất cả các client ▪ Việc thông báo này thường là một chiều ▪ Với những game nhỏ hoặc có thời gian ngắn, một client có thể đóng vài trò server TRƯƠNG XUÂN NAM 12
13. Match ▪ PGS (persistent game state) là gì? Tập hợp những biến (variable) để mô tả lên toàn bộ trạng thái của game (MVC của game) ▪ PGS của Chess? Game board ▪ PGS của FPS? Vị trí của các player ▪ Bản đồ của match, cách chơi của bot, ? ▪ Các client dựa trên PGS và các local option để xây dựng lại game tại client ▪ Nguyên tắc: một biến chỉ có một đối tượng chịu trách nhiệm về nó, các đối tượng khác chỉ tham chiếu đến TRƯƠNG XUÂN NAM 13
14. Actions vs Changes ▪ Các client phải thông tin đến server mỗi khi người chơi phát sinh action, trong trường hợp này client có nhiều lựa chọn về cách thông tin đến server ▪ Cập nhật trạng thái (state based): máu của người chơi A là 300 ▪ Cập nhật thay đổi (delta based): máu của người chơi A tăng thêm 100 ▪ Cập nhật hành động (action based): người chơi A uống 100 máu ▪ Tương tự như vậy, server cần phải chọn phương án thông tin cho client một cách phù hợp TRƯƠNG XUÂN NAM 14
15. Actions vs Changes ▪ Chú ý: client chỉ cần thông báo với server về sự kiện do người chơi local tạo ra, nhưng server cần báo cho mọi client tất cả các cập nhật do cả những client khác tạo ra ▪ Thiết lập protocol giao tiếp giữa client và server rất tùy thuộc vào thể loại trò chơi ▪ State based: ▪ Đơn giản, dễ hiểu ▪ Tốn băng thông ▪ Kém an toàn TRƯƠNG XUÂN NAM 15
16. Actions vs Changes ▪ Delta based: ▪ An toàn hơn state based ▪ Ít tốn băng thông nhất ▪ Ít tốn công suất xử lý nhất cho client ▪ Server xử lý nặng hơn một chút so với state based ▪ Action based: ▪ An toàn nhất ▪ Client và server đều tốn công suất xử lý ▪ Ít gặp phải vấn đề về lag, đồng bộ ▪ Dễ ghi biên bản trận đấu TRƯƠNG XUÂN NAM 16
17. Conclusion ▪ Hệ thống phần thưởng là quan trọng ▪ Cập nhật metagame của người chơi ▪ High score ▪ Rank ▪ XP ▪ Replay ▪ Cập nhật thống kê TRƯƠNG XUÂN NAM 17
18. Phần 3 Networking TRƯƠNG XUÂN NAM 18
19. Networking ▪ Networking = kết nối giữa các máy tính ▪ Vấn đề truyền dẫn dữ liệu ▪ Thiết kế hệ thống thế nào để có thể làm việc tốt ▪ Độ dài gói dữ liệu cho mỗi lượt truyền ▪ Phương pháp nhận ▪ Kiểm tra lỗi, sửa lỗi ▪ Nén dữ liệu ▪ Mã hóa dữ liệu ▪ Điều khiển gói tin TRƯƠNG XUÂN NAM 19
20. Layers TRƯƠNG XUÂN NAM 20
21. Tầng vật lý ▪ Băng thông ▪ Độ lớn của đường truyền ▪ Đo bằng bps = bits per second ▪ Độ trễ ▪ Thời gian gói tin đi từ điểm A đến điểm B ▪ Đo bằng milliseconds ▪ Thiết bị: cáp quang, cáp đồng, hồng ngoại, không dây, TRƯƠNG XUÂN NAM 21
22. Tầng liên kết dữ liệu (data link) ▪ Serialize dữ liệu đến/từ tầng vật lý ▪ Thiết bị mạng và giao tiếp ▪ Ethernet ▪ Địa chỉ MAC TRƯƠNG XUÂN NAM 22
23. Tầng mạng (network) ▪ Packet Routing ▪ Hops • No connection • Guarantees sending • Doesn’t guarantee receiving • Non-deterministic path ▪ Routers, Hubs, Switches ▪ Internet Protocol (IP) ▪ Contains Source & Destination IP Address ▪ IPv4 vs IPv6 ▪ Unicast, Broadcast, Loop back TRƯƠNG XUÂN NAM 23
24. Tầng mạng: domain name service ▪ Dịch vụ tên miền ▪ Chuyển đổi từ tên sang địa chỉ IP ▪ Phải kết nối đến một (hoặc vài) DNS server để phân giải tên miền ▪ Có thể lưu trữ cache ở máy local ▪ Tips ▪ Dịch vụ phân giải tên miền chạy khá chậm và có thể trả về lỗi thay vì kết quả, vì thế nên thực hiện phân giải tên miền lần đầu, sau đó lưu trữ và sử dụng trong toàn phiên kết nối ▪ Trường hợp phiên dài, có thể check lại dns sau vài giờ TRƯƠNG XUÂN NAM 24
25. Tầng giao vận (transport) ▪ Quản lý luồng dữ liệu giữa các điểm cuối ▪ Sửa lỗi ▪ Data flow ▪ TCP and UDP used with IP ▪ Contains Source and Destination Port ▪ Port + IP = Net Address ▪ Port Range = 0-64k ▪ Well known Ports 0-1k ▪ http, ftp, ssh, TRƯƠNG XUÂN NAM 25
26. Tầng giao vận: TCP ▪ Connection based ▪ Keep Alive ▪ Handles breaking up data into correct size ▪ Packet window ▪ Packet Coalescense ▪ Guaranteed, in order delivery ▪ ack, nack, resend ▪ Flow Control ▪ Easy to use ▪ Reading and writing, just like a file ▪ Requires more header data TRƯƠNG XUÂN NAM 26
27. Tầng giao vận: UDP ▪ No connection ▪ No guarantees ▪ May not arrive • TTL (time to live) – hop count limit ▪ May not arrive in order ▪ May arrive multiple times ▪ Source not verified ▪ Datagram ▪ Sent in packets exactly as user sends them ▪ Capable of broadcasting TRƯƠNG XUÂN NAM 27
28. Tầng giao vận: TCP vs UDP ▪ Khi nào dùng cái nào? ▪ Tùy vào từng loại game ▪ Hoặc sử dụng kết hợp cả 2 ▪ TCP ▪ Turn based games, leader boards ▪ UDP ▪ More common, especially for time sensitive games ▪ Add TCP features as needed ▪ Unity uses UDP, with features for reliable, in order transmission TRƯƠNG XUÂN NAM 28
29. Tầng phiên (session) ▪ Manages Connections between Apps ▪ Connect ▪ Terminate ▪ Data Exchange ▪ Socket API live at this layer ▪ Cross platform ▪ Cross language TRƯƠNG XUÂN NAM 29
30. Tầng phiên: sockets ▪ Based on File I/O ▪ File Descriptors ▪ Open/Close ▪ Read/Write ▪ Modes ▪ Blocking • Sử dụng thread riêng cho từng socket ▪ Non-blocking • Thăm dò socket định kỳ TRƯƠNG XUÂN NAM 30
31. Tầng presentation ▪ Chuẩn bị dữ liệu cho việc giao vận ▪ Nén ▪ Mã hóa ▪ Endian Order • 0b1000 vs 0b0001 ▪ Serialize ▪ Buffering • Hợp nhất packet • Increased Latency • Store local data and wait TRƯƠNG XUÂN NAM 31
32. Tầng application ▪ Giao tiếp với người dùng ▪ Xử lý logic của trò chơi ▪ Chuyển vận / đồng bộ dữ liệu giữa các hệ thống TRƯƠNG XUÂN NAM 32
33. Protocol stack TRƯƠNG XUÂN NAM 33
34. Phần 4 Multiplayer game trong unity TRƯƠNG XUÂN NAM 34
35. Multiplayer game trong unity ▪ Multiplayer game trong unity mới được chuẩn hóa sau một thời gian dài “vật vã” giữa các lựa chọn khác nhau ▪ Phiên bản mới dựa trên Raknet tương đối ổn định, cách tiếp cận hợp lý ▪ Có nhiều cách triển khai multiplayer trên unity ▪ HTTP requests ▪ Plugin (GPGS, Photon, Smartfox, ) ▪ Unity networking ▪ UNet (Unity 5.1 trở đi) TRƯƠNG XUÂN NAM 35
36. HTTP requests ▪ Phù hợp với những game đơn giản (server web) hoặc xử lý một số tình huống trong game (chẳng hạn: upload ảnh lên web) ▪ Sử dụng UnityWebRequest, chú ý xử lý đồng bộ IEnumerator GetRequest(string uri) { UnityWebRequest uwr = UnityWebRequest.Get(uri); yield return uwr.SendWebRequest(); // xử lý lỗi if (uwr.isNetworkError) } TRƯƠNG XUÂN NAM 36
37. Plugins ▪ Các plugin thường là các giải pháp của những công ty cung cấp dịch vụ server ▪ Có thể tải xuống từ Asset Store ▪ Một số plugin nên thử: ▪ Bluetooth LE for iOS and Android ▪ Google Play Game Services ▪ PUN (Photon Unity Network) ▪ SmartFoxServer2X TRƯƠNG XUÂN NAM 37
38. Thử một ví dụ với UNet 1. Tạo một Scene 2. Tạo một đối tượng quản lý kết nối: NetworkManager (empty game object) 1. Thêm component NetworkManager 2. Thêm component NetworkManagerHUD 3. Tạo đối tượng player: 1. Một GameObject bất kì 2. Thêm component NetworkIdentity 3. Đưa đối tượng vào Prefabs 4. Đăng ký player với NetworkManager (Spawn Info) TRƯƠNG XUÂN NAM 38
39. Thử một ví dụ với UNet ▪ Viết mã di chuyển player public class Player : MonoBehaviour { void Update() { var x = Input.GetAxis("Horizontal") * 0.1; var y = Input.GetAxis("Vertical") * 0.1; transform.Translate(x, y, 0); } } ▪ Cách test: build một bản chạy trên PC, chạy 2 bản song song, 1 server, 1 client; kết nối và cùng chạy TRƯƠNG XUÂN NAM 39
40. Thử một ví dụ với UNet ▪ Test 1: các vấn đề ▪ Chưa có đồng bộ trạng thái trên hai thiết bị ▪ Khi điều khiển thì sẽ điều khiển đồng thời cả 2 đối tượng ➔ Chưa phân biệt được các player của các máy khác nhau ▪ Cập nhật 1: ▪ Thêm NetworkTransform vào player ▪ Chuyển class thành NetworkBehaviour ▪ Viết mã chỉ điều khiển local player mà thôi TRƯƠNG XUÂN NAM 40
41. Thử một ví dụ với UNet ▪ Mã: using UnityEngine.Networking; public class PlayerMove : NetworkBehaviour { void Update() { if (!isLocalPlayer) return; var x = Input.GetAxis("Horizontal") * 0.1; var y = Input.GetAxis("Vertical") * 0.1; transform.Translate(x, y, 0); } } TRƯƠNG XUÂN NAM 41
42. Thử một ví dụ với UNet ▪ Test 2 ➔ đã phân biệt được player, nhưng chưa đồng bộ ▪ Update 2: phần NetworkIdentity chọn Local Player Authority ▪ Test 3: ▪ Đã đồng bộ (hơi giật, làm thế nào để đỡ giật?) ▪ Chưa phân biệt được các player (vì giống hệt nhau) ▪ Update 3: đổi màu người chơi local TRƯƠNG XUÂN NAM 42
43. Thử một ví dụ với UNet ▪ Mã: public override void OnStartLocalPlayer() { GetComponentInChildren ().color = Color.yellow; } TRƯƠNG XUÂN NAM 43
44. Phần 5 Game Pong, phiên bản mạng TRƯƠNG XUÂN NAM 44