Unity引擎下多人在線網(wǎng)絡(luò)游戲的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

Unity引擎下多人在線網(wǎng)絡(luò)游戲的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)本文利用Unity3D游戲開(kāi)發(fā)引擎設(shè)計(jì)了一款多人在線對(duì)戰(zhàn)游戲.其中包括行走控制、人工智能系統(tǒng)、界面系統(tǒng)、服務(wù)端框架、客戶(hù)端框架、房間系統(tǒng)、戰(zhàn)場(chǎng)系統(tǒng)等多項(xiàng)內(nèi)容.多個(gè)玩家可以通過(guò)在線注冊(cè)、在線登錄、房間選擇等流程進(jìn)入游戲，最終體驗(yàn)在線3D網(wǎng)絡(luò)游戲的娛樂(lè).目前，游戲產(chǎn)業(yè)正從傳統(tǒng)的2D/2.5D游戲、單機(jī)游戲向新興的3D游戲和在線網(wǎng)絡(luò)游戲發(fā)展.而3D游戲和網(wǎng)絡(luò)游戲的興起就伴隨著技術(shù)和算法的改變.傳統(tǒng)的2D路徑搜索方式已經(jīng)不能適用于3D場(chǎng)景，因此需要改變或重新設(shè)計(jì)相應(yīng)的尋路算法.游戲中的界面系統(tǒng)在游戲中占據(jù)了重要的地位，目前的UI設(shè)計(jì)與交互費(fèi)時(shí)費(fèi)力，影響游戲的開(kāi)發(fā)進(jìn)度，急需設(shè)計(jì)出一種UI框架來(lái)減少界面系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期.對(duì)于網(wǎng)絡(luò)游戲而言，最重要的就是玩家場(chǎng)景的一致性和實(shí)時(shí)性.一致性就需要建立對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，而實(shí)時(shí)性就要減少網(wǎng)絡(luò)傳書(shū)中的延遲誤差.采用Unity引擎完成客戶(hù)端的開(kāi)發(fā)，使用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)用戶(hù)數(shù)據(jù).通過(guò)通信協(xié)議的搭建、UI框架的設(shè)計(jì)、預(yù)測(cè)式位置同步方法的創(chuàng)建、NPC的應(yīng)用等完成了整個(gè)游戲的開(kāi)發(fā)。游戲功能為了能夠滿(mǎn)足玩家的娛樂(lè)心理，同時(shí)也使游戲充滿(mǎn)趣味性，所以設(shè)計(jì)了如下功能：1）注冊(cè)登錄：玩家首先需要進(jìn)行玩家注冊(cè)，錄入玩家信息后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將信息添加到數(shù)據(jù)庫(kù)中.注冊(cè)成功后，在登錄界面輸入玩家信息進(jìn)入游戲.2）房間創(chuàng)建和加入：玩家登錄成功后，可以加入已經(jīng)創(chuàng)建的房間中，通過(guò)點(diǎn)擊加入按鈕加入，若房間人數(shù)已滿(mǎn)，則加入失?。环粗尤氤晒?，等待游戲開(kāi)始.玩家也可以自己創(chuàng)建房間，等待其他玩家的加入.3）游戲運(yùn)行：游戲運(yùn)行的過(guò)程中，場(chǎng)景里除了玩家之外，還加入了怪物NPC.NPC會(huì)有自身的一套行為，它們會(huì)在固定的路線上進(jìn)行巡邏、攻擊、躲避等行為增強(qiáng)游戲的樂(lè)趣.4）玩家控制：玩家在游戲中通過(guò)鼠標(biāo)控制角色的移動(dòng)，或者通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊的方式讓角色自動(dòng)尋路.在漫游的過(guò)程中撿取補(bǔ)給、增添裝備、強(qiáng)化技能.當(dāng)遇見(jiàn)敵方玩家或者怪物時(shí)，釋放不同的角色技能來(lái)消滅對(duì)方.5）特效、音效：玩家攻擊、釋放技能、死亡時(shí)，系統(tǒng)會(huì)給出相應(yīng)的特效或者音效，使游戲的畫(huà)面感和浸入感增強(qiáng).系統(tǒng)整體架構(gòu)下圖描述了本文所提出的游戲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，多人在線網(wǎng)絡(luò)游戲系統(tǒng)包含客戶(hù)端和服務(wù)器端，客戶(hù)端包含接口、數(shù)據(jù)、界面、資源、網(wǎng)絡(luò)、房間和戰(zhàn)斗管理系統(tǒng).服

務(wù)器端處理游戲運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括玩家數(shù)據(jù)、房間數(shù)據(jù)和戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)等，同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行管理.游戲支持手機(jī)、PC等多種運(yùn)行終端，并且具有良好的自適應(yīng)性.系統(tǒng)經(jīng)過(guò)人物建模和場(chǎng)景建模后進(jìn)行場(chǎng)景集成,將集成好的場(chǎng)景文件導(dǎo)入到Unity3D中，完成游戲場(chǎng)景的搭建.之后完成數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)，服務(wù)器、客戶(hù)端的制作.各個(gè)模塊相互獨(dú)立、耦合度低，便于后期的維護(hù),能夠提升軟件開(kāi)發(fā)的效率.游戲設(shè)計(jì)難點(diǎn)本文在線網(wǎng)絡(luò)游戲設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于游戲服務(wù)器端的設(shè)計(jì)，服務(wù)器系統(tǒng)架構(gòu)圖如下圖所示.服務(wù)器端包含一個(gè)總服務(wù)器和多個(gè)分組服務(wù)器，系統(tǒng)為每一個(gè)創(chuàng)建的游戲房間分配一個(gè)分組服務(wù)器，它負(fù)責(zé)當(dāng)前房間的消息處理和轉(zhuǎn)發(fā).總服務(wù)器負(fù)責(zé)玩家的登錄注冊(cè)以及分組服務(wù)器的管理關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議構(gòu)建通信協(xié)議是指雙方實(shí)體完成通信或服務(wù)所必須遵循的規(guī)則和約定.通過(guò)通信信道和設(shè)備互連起來(lái)的多個(gè)不同地理位置的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，要使其能協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)信息交換和資源共享，它們之間必須具有共同的語(yǔ)言.交流什么、怎樣交流及何時(shí)交流，都必須遵循某種互相都能接受的規(guī)則.通信協(xié)議的構(gòu)建可以讓通信雙方通過(guò)制定好的規(guī)則來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸.在網(wǎng)絡(luò)游戲的設(shè)計(jì)中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是最重要的，是整個(gè)游戲的核心.客戶(hù)端之間、客戶(hù)端與服務(wù)器之間通過(guò)協(xié)議完成消息的傳輸，保證游戲場(chǎng)景的一致性.本文設(shè)計(jì)了兩種通信協(xié)議格式，分別是客戶(hù)端向服務(wù)器發(fā)送的協(xié)議格式,和服務(wù)器向客戶(hù)端發(fā)送的協(xié)議格式.客戶(hù)端向服務(wù)器發(fā)送的協(xié)議格式LengthReque&tCodeActionCcuUData服務(wù)器向客戶(hù)端發(fā)送的協(xié)議格式LengthActionCodeData協(xié)議設(shè)計(jì)的思想是按照游戲中客戶(hù)端的請(qǐng)求類(lèi)型進(jìn)行設(shè)計(jì)的.游戲中大致有3種請(qǐng)求類(lèi)型用戶(hù)類(lèi)型、房間類(lèi)型和戰(zhàn)斗類(lèi)型也就是協(xié)議格式中的RequestCode,根據(jù)請(qǐng)求類(lèi)型細(xì)分成具體的請(qǐng)求方式，也就是格式中的ActionCode.Length和Data分別代表協(xié)議長(zhǎng)度和協(xié)議內(nèi)容.這種協(xié)議的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明清晰，數(shù)據(jù)小、解析快，服務(wù)器端可快速解析并轉(zhuǎn)發(fā)，從而提升游戲運(yùn)行速率。當(dāng)客戶(hù)端向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求時(shí).例如當(dāng)進(jìn)行登錄請(qǐng)求時(shí)，需要將玩家的用戶(hù)名(id)和密碼(password)傳送至服務(wù)器，服務(wù)器接收后以此作為憑據(jù)查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)檢查用戶(hù)名和密碼是否存在.當(dāng)服務(wù)器向客戶(hù)端返回請(qǐng)求結(jié)果時(shí)，ActionCode與之前客戶(hù)端發(fā)送請(qǐng)求中的ActionCode相對(duì)應(yīng)，例如之前的登錄請(qǐng)求，服務(wù)器首先解析協(xié)議，然后查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)，若能匹配到請(qǐng)求中的用戶(hù)名和密碼，則返回string類(lèi)型的字符串Success,表示成功，否則返回Fail表示失敗.客戶(hù)端收到服務(wù)器的返回結(jié)果時(shí)，首先解析協(xié)議，解析出協(xié)議中的各個(gè)字段，當(dāng)解析到的結(jié)果為Success時(shí)，表示登錄成功，進(jìn)入到房間界面.否則，系統(tǒng)給出提示：登錄失敗.系統(tǒng)是基于Socket的通信方式，協(xié)議的發(fā)送是調(diào)用Socket中的Send函數(shù).下圖是服務(wù)器和客戶(hù)端通信的時(shí)序圖.

UI框架設(shè)計(jì)UI設(shè)計(jì)包括對(duì)游戲的人機(jī)交互、操作邏輯、界面美觀的整體設(shè)計(jì).好的UI設(shè)計(jì)不僅讓游戲變得更有樂(lè)趣、更有品味，更讓游戲的操作變得舒適簡(jiǎn)單、愉悅自由.因此設(shè)計(jì)出一種通用的UI框架對(duì)于提升游戲的開(kāi)發(fā)進(jìn)度有著很大的作用.本文的UI框架設(shè)計(jì)方案是：首先，每一個(gè)界面對(duì)應(yīng)一個(gè)面板(Panel),每一個(gè)面板對(duì)應(yīng)一個(gè)類(lèi).在這個(gè)類(lèi)中編寫(xiě)面板的功能，再設(shè)計(jì)一個(gè)界面管理器，用它來(lái)控制界面的顯示和關(guān)閉.界面管理器中有兩個(gè)基本方法分別是Open和Close.所有的面板類(lèi)繼承一個(gè)面板基類(lèi)，面板基類(lèi)中有OnInit、OnShow、OnClose等3個(gè)固定的方法.當(dāng)調(diào)用界面管理器中的Open方法時(shí)，界面管理器會(huì)依次調(diào)用對(duì)應(yīng)面板中的OnInit和OnShow.在這兩個(gè)函數(shù)中可以添加一些初始化方法，包括按鈕事件監(jiān)聽(tīng)、網(wǎng)絡(luò)消息監(jiān)聽(tīng)等.在調(diào)用的Close方法時(shí)，界面管理器會(huì)調(diào)用面板類(lèi)的OnClose方法，在OnClose可以添加一些資源釋放的功能，例如取消網(wǎng)絡(luò)消息監(jiān)聽(tīng).在OnInit方法中設(shè)置skinPath和layer,skinPath代表皮膚路徑,系統(tǒng)會(huì)根據(jù)該路徑動(dòng)態(tài)加載Resourses中的界面資源.layer代表層級(jí)，可以設(shè)置面板的優(yōu)先級(jí)，確定面板的上下層級(jí)關(guān)系.例如提示面板會(huì)顯示在其他功能面板之上，應(yīng)該設(shè)置為最高優(yōu)先級(jí).界面管理器PanelManager和面板基類(lèi)的邏輯結(jié)構(gòu)如下圖所示.界面管理器邏輯結(jié)構(gòu)圖PanelManagerpanelsOpenQCksef)RankPcinul俳行榜面板LogiiiPanel登錄面扳.egi&terPaiiel界面管理器邏輯結(jié)構(gòu)圖PanelManagerpanelsOpenQCksef)RankPcinul俳行榜面板LogiiiPanel登錄面扳.egi&terPaiiel注冊(cè)面板TipPanel棍示血板Panel-界面基類(lèi)邏輯結(jié)構(gòu)圖界面管理器中的panels是一個(gè)字典，它會(huì)保存所有已經(jīng)打開(kāi)的面板，以便阻止重復(fù)打開(kāi)，方便實(shí)現(xiàn)關(guān)閉功能.layers是層級(jí)列表，維護(hù)每個(gè)面板的層級(jí).每個(gè)面板通過(guò)動(dòng)態(tài)加載資源，然后進(jìn)行實(shí)例化.每個(gè)面板都有自己?jiǎn)为?dú)的面板類(lèi)，繼承自面板基類(lèi)，面板基類(lèi)如界面基類(lèi)邏輯結(jié)構(gòu)圖所示.在OnShow()方法中進(jìn)行組件的初始化，例如找到登錄面板上的登錄按鈕組件，之后添加登錄按鈕的事件監(jiān)聽(tīng)，當(dāng)玩家點(diǎn)擊登錄按鈕時(shí)，向服務(wù)器發(fā)送登錄協(xié)議.NPC設(shè)計(jì)NPC的加入可以使游戲更加具有刺激性，使玩家能夠產(chǎn)生興趣.本文的NPC設(shè)計(jì)采用的是動(dòng)畫(huà)狀態(tài)機(jī).目前游戲中加入了兩種怪物，為此系統(tǒng)根據(jù)怪物的特點(diǎn)，攻擊力的強(qiáng)弱，屬性值的差異、技能的多少設(shè)計(jì)了兩種動(dòng)畫(huà)狀態(tài)機(jī).一般怪物一哥布林動(dòng)畫(huà)狀態(tài)機(jī)，因其能力較弱，所以加入了較少的動(dòng)畫(huà)和攻擊技能.Boss怪物的狀態(tài)機(jī)，由于屬性強(qiáng)，給其加入了多種攻擊技能和多種狀態(tài)動(dòng)畫(huà).Boss動(dòng)畫(huà)狀態(tài)機(jī)圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)的怪物有3種狀態(tài)：巡邏，追趕玩家和戰(zhàn)斗，如圖中的Walk、Run和Attack.當(dāng)怪物距離玩家較遠(yuǎn)時(shí)，怪物在固定的幾個(gè)點(diǎn)來(lái)回緩慢行走(Walk),同時(shí)實(shí)時(shí)觀察自己周?chē)欠裼型婕疫M(jìn)入；當(dāng)怪物法線有玩家進(jìn)入周?chē)鷷r(shí)，進(jìn)入追趕玩家狀態(tài)，朝著玩家的方向奔跑(Run);在追趕狀態(tài)，當(dāng)玩家跑遠(yuǎn)了，怪物發(fā)現(xiàn)玩家已經(jīng)不在自己范圍內(nèi)時(shí)則返回巡邏狀態(tài)；反之當(dāng)追趕上玩家，即玩家在自己攻擊范圍內(nèi)時(shí)則進(jìn)入攻擊狀態(tài)，此時(shí)不再移動(dòng)，而是朝向玩家播放攻擊動(dòng)畫(huà).系統(tǒng)特效一個(gè)比較成功的游戲中往往會(huì)有許多華麗炫酷的特效，包括場(chǎng)景特效和人物技能特效.本文的游戲中也加入了相應(yīng)的特效設(shè)計(jì).場(chǎng)景特效包括火焰、煙霧特效等，人物技能特效包括閃電光特效、刀光特效、煙霧魔法特效等.每一個(gè)特效都是由多種效果組合完成.導(dǎo)航網(wǎng)格尋路算法在游戲?qū)?zhàn)的過(guò)程中，玩家角色需要在游戲場(chǎng)景中行走，因此需要解決角色的尋路問(wèn)題.當(dāng)玩家點(diǎn)擊地面時(shí)，角色會(huì)自動(dòng)走向點(diǎn)擊的位置.由于Unity3D自帶的尋路方式精確度不夠，不能很好的滿(mǎn)足玩家的心理.所以本文在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，使之能夠玩家的需求.三角導(dǎo)航網(wǎng)格的生成導(dǎo)航網(wǎng)格是一個(gè)凸多邊形的集合，凸多邊形指其內(nèi)部任意兩點(diǎn)的連線都在其內(nèi)部，每個(gè)單元在路徑搜索的過(guò)程中高度獨(dú)立.本文首先利用建模工具對(duì)地圖進(jìn)行處理，剔除障礙物所在區(qū)域，生成可行走區(qū)域的多邊形網(wǎng)格地圖.然后對(duì)多邊形網(wǎng)格進(jìn)行三角剖分，使尋路算法能夠運(yùn)用于多邊形網(wǎng)格.本文的多邊形網(wǎng)格地圖三角剖分采用的是一種快速約束 Delaunay三角剖分算法］.算法如下：輸入:navmesh多邊形導(dǎo)航網(wǎng)格數(shù)據(jù)輸出：Delaunay三角網(wǎng)格1.讀取網(wǎng)格信息，保存邊界和頂點(diǎn)信息；2,遍歷邊界邊，作為起始約束邊；.如果頂點(diǎn)不為空；.判斷可見(jiàn)點(diǎn)；.創(chuàng)建三角形外接圓和外接圓的包圍盒;.遍歷外接圓包圍盒的所有頂點(diǎn)；.判斷DT點(diǎn)；.連接兩點(diǎn)之間的線；.返回三角形，返回第3步.預(yù)測(cè)式位置同步算法由于存在網(wǎng)絡(luò)延遲，很難做到實(shí)時(shí)的、精確的位置同步，只能通過(guò)各種方法來(lái)盡量減少誤差.傳統(tǒng)的有瞬移式位置同步算法和移動(dòng)式位置同步算法 ，但是游戲體驗(yàn)不好，誤差比較大，實(shí)時(shí)性較差.所以本文采用預(yù)測(cè)式位置同步來(lái)提升用戶(hù)的體驗(yàn)，減少誤差.在某些有規(guī)律可循的條件下，比如玩家勻速或者勻加速運(yùn)動(dòng)，我們能夠預(yù)測(cè)玩家在接下來(lái)某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的位置，讓玩家提前走到預(yù)測(cè)的位置上去，這就是預(yù)測(cè)算法.假設(shè)玩家的移動(dòng)速度保持不變，同步時(shí)間不變，玩家2可以預(yù)測(cè)玩家1的后續(xù)同步位置.如下圖所示.玩家1經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)發(fā)送同步信息，玩家2根據(jù)s=匹計(jì)算得出下一次同步時(shí)玩家1應(yīng)移動(dòng)到。點(diǎn)，然后以速度v向C點(diǎn)移動(dòng)此時(shí)的距離誤差為yt（延遲）.⑶玩家1 （b）玩家2玩家2始終保持著速度v向預(yù)測(cè)位置靠近，距離誤差一直是v-t（延遲）.若忽略網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間，則誤差為0.如下圖所示夫 夫⑸玩家1 （bj玩家2玩家1不可能一直保持恒定的速度（包括速度的大小和方向）.玩家2雖然可以計(jì)算最近兩次同步信息的差值來(lái)獲取較為準(zhǔn)確的移動(dòng)速度，但是誤差還是存在.但總體上這種誤差在可接受范圍之內(nèi)，平均誤差依然為0.系統(tǒng)優(yōu)化游戲制作完成后，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化以此來(lái)提升游戲運(yùn)行的流暢度和玩家游戲體驗(yàn).為此,本文采用了以下幾個(gè)技術(shù)來(lái)優(yōu)化系統(tǒng).(1)LOD(LevelOfDetail)技術(shù)LOD是對(duì)模型建立了一個(gè)模型金字塔，根據(jù)攝像機(jī)距離對(duì)象的遠(yuǎn)近，選擇使用不同精度的模型.它的好處是可以在