FPS游戏中，在玩家的延时都不一样的情况下是如何做到游戏的同步性的？
在一个节奏紧张、瞬息万变的 FPS 游戏中，要让所有玩家都享受到流畅、公平的体验，同步性是核心中的核心。想想看，如果你的子弹明明打中了对方，却没造成伤害，或者你看到了敌人，但他却已经躲到了掩体后面，这种感觉有多糟糕。那么，在玩家的网络延迟参差不齐的情况下，游戏是如何做到这一点的呢？这背后是一系列精巧的技术和算法的集合。
首先，我们需要明白一点：绝对的实时同步在网络游戏中是无法实现的。 因为数据在玩家电脑、游戏服务器、以及其他玩家电脑之间传输都需要时间，这个时间就是延迟。关键在于，如何最小化这种延迟带来的负面影响，并让玩家感知到的游戏世界尽可能地一致。
1. 服务器权威（Server Authority）—— 一切的基石
这是保证同步性的最根本原则。想象一下，如果每个玩家的电脑都说了算，那么一个高延迟的玩家完全可以作弊，声称自己已经躲到了掩体后面，而实际上他可能还在开阔地带。这会立刻摧毁游戏的公平性。
因此，在绝大多数正规的 FPS 游戏中，服务器才是绝对的权威。 服务器负责处理游戏中的所有关键逻辑：玩家的位置、移动、射击、碰撞检测，以及伤害计算等等。
客户端的职责： 玩家的电脑（客户端）主要负责接收服务器的指令、显示游戏画面、以及将玩家的操作发送给服务器。它更像是一个“信息输入和输出终端”。
服务器的职责： 服务器接收到玩家的操作指令后，会在自己的“权威世界”中模拟这些操作，然后将更新后的游戏状态发送给所有客户端。
打个比方，你在玩枪战游戏，你按下射击键。你的电脑会立刻告诉你“你射击了”，画面也会给你反馈。但实际上，你的射击指令需要经过网络传到服务器。服务器收到指令后，才会判断你的子弹是否命中，是否造成伤害，然后把“命中”或“未命中”的结果再传回来给你，并同步给被击中的玩家。
2. 预测（Prediction）与延迟补偿（Lag Compensation）—— 让卡顿不那么明显
既然服务器是权威，而数据传输需要时间，那么我们就必须处理好客户端和服务器之间的“时间差”。这就是预测和延迟补偿登场的地方。
2.1. 客户端预测（ClientSide Prediction）—— “我想做啥，我先自己演一遍”
想象一下你的人物在向前奔跑。你的电脑知道你按下了前进键，它会立刻在画面上表现出你的人物向前移动的效果，让你感觉操作是即时的。这就是客户端预测。
怎么做？ 当你进行一个操作（比如移动、跳跃）时，你的电脑会立即在本地模拟这个操作，并更新你的人物在屏幕上的位置。同时，它会将这个操作指令发送给服务器。
好处： 大大减少了玩家感受到的操作延迟。你按键的瞬间，画面就能做出反应，而不是等你操作数据传到服务器，服务器处理完再传回来才给你反馈。这让操作感觉“流畅”。
潜在问题与解决： 服务器收到你的操作后，会用自己的数据来验证你的位置。如果服务器发现你的预测位置与它计算出的位置有偏差（可能是因为网络波动或者服务器上的其他玩家），服务器会纠正你的位置。这种位置的“跳变”有时会被玩家注意到，但通常会被设计得足够平滑，或者被隐藏在快速的动画中。
2.2. 延迟补偿（Lag Compensation）—— “你当时打我的时候，你人明明在那儿啊！”
这是处理“我明明打中了他，为什么没伤害”这个问题的关键。简单来说，延迟补偿就是让服务器在判断一个射击事件时，回溯到射击发生那一刻所有玩家的“真实”位置。
核心思想： 服务器不光储存当前的游戏状态，还会储存过去一段时间内所有玩家的位置记录。当服务器收到一个射击指令时，它会查询这个指令是什么时候从客户端发出的。然后，它会把“回溯”到那个时间点，查看所有玩家当时的确切位置，再来判断这次射击是否命中。
举个例子：
玩家 A 的延迟是 50ms，玩家 B 的延迟是 150ms。
玩家 A 开了一枪，目标是玩家 B。这个操作指令需要 50ms 到达服务器。
服务器收到指令，但它需要判断的是玩家 B 在 50ms 前 的位置，而不是服务器收到指令的现在位置。
为什么是 50ms 前？因为玩家 A 发出指令时，玩家 B 在服务器看来，可能已经移动到了另一个位置。服务器为了公平，必须模拟玩家 A 看到的那个瞬间的玩家 B 位置。
如果玩家 B 的电脑也做了预测，它可能已经移动到了一个“安全”的位置。但延迟补偿让服务器回溯到更早的时间点，那时候玩家 B 可能还在玩家 A 的准星里。
好处： 大大提高了射击的命中感，尤其是对于高延迟的玩家来说，他们射击时感觉到的目标位置，往往就是服务器认为的那个目标位置，从而提高了射击的准确性。
潜在问题： 对于低延迟的玩家来说，他们可能会感觉到，自己明明已经躲进掩体了，却还是被命中了。这是因为高延迟玩家的射击，在服务器看来，是命中了他们躲进掩体前的那个瞬间。这也是一个权衡，通常设计者会尽量在各个方面寻找平衡。
3. 插值（Interpolation）与外插（Extrapolation）—— 让移动平滑
除了射击，玩家的移动和物品的动画也需要平滑处理，避免出现“瞬移”或者卡顿的画面。
3.1. 插值（Interpolation）—— “在两个已知点之间找个中间值”
当你的客户端接收到服务器发送过来的玩家位置更新时，这些更新并不是连续的，而是以一定间隔（比如每秒 60 次）发送的。如果直接显示这些位置，你会看到人物“跳跃”式的移动。
怎么做？ 客户端接收到两个连续的位置更新（比如时间点 T1 的位置 P1，和时间点 T2 的位置 P2），然后在 T1 和 T2 之间的时间段内，平滑地插值计算出中间位置。这样，玩家的移动看起来就像是在平滑地滑动过去，而不是像瞬移。
好处： 让其他玩家的移动看起来非常流畅和自然。
延迟影响： 插值会引入一个很小的显示延迟。为了平滑显示，客户端需要等待接收到下一个更新点，然后才能开始插值。这通常会比你直接显示数据增加几十毫秒的延迟。
3.2. 外插（Extrapolation）—— “猜猜他接下来会去哪儿”
如果网络延迟非常高，或者丢包严重，客户端可能收不到连续的位置更新，那么插值就无法进行。这时候就需要外插。
怎么做？ 基于最近已知的几个位置和速度信息，客户端会预测（外插）出玩家在接下来的时间里可能的位置。
好处： 在网络状况不佳时，也能尽量保持画面的连续性，避免人物“卡住不动”或突然“跳跃”。
潜在问题： 如果预测错误（比如玩家突然改变了方向），那么画面就会出现一个“跳变”，需要纠正，这同样会影响流畅度。
4. 丢包处理（Packet Loss Handling）
网络通信总会有数据包丢失的情况，尤其是在拥挤的网络环境中。
重要性： 即使是很小的丢包率，如果处理不好，也可能导致玩家卡顿、操作丢失，或者关键信息（如敌人死亡）没有及时收到。
处理方式：
UDP 和 TCP 的选择： 大部分游戏会选择 UDP 协议，因为它传输速度快，没有 TCP 的重传机制带来的延迟。但 UDP 容易丢包。
可靠性层： 游戏开发者会在 UDP 之上自己实现一层“可靠性”机制。比如，对于一些关键的事件（如玩家死亡、拾取物品），他们会使用一种更可靠的传输方式，或者对重要数据进行重复发送。
数据压缩与打包： 尽量将多个小数据包合并成一个大包，减少传输次数，降低丢包几率。
重传与序列号： 对丢失的数据包进行标记和重传，或者通过序列号来识别并跳过重复或丢失的数据包。
5. 游戏状态的量化和压缩
为了减少数据传输量，特别是要顾及到拥有不同网络质量的玩家，游戏状态的数据需要被精心设计。
状态的精简： 游戏服务器只发送必要的信息。例如，一个玩家是否在瞄准，可能比他眼睛的具体朝向更重要。
数据压缩： 对游戏状态信息进行有效的压缩，减少传输带宽的需求。
总结一下整个流程：
1. 玩家输入： 你按下鼠标左键射击。
2. 客户端预测： 你的电脑立刻在你屏幕上显示你的人物在射击，并把射击指令发送给服务器。
3. 服务器权威处理： 服务器收到你的指令。由于延迟补偿，它会回溯到你发出指令的那个时间点，查看所有玩家在该时间点的真实位置。
4. 服务器逻辑判断： 服务器根据回溯后的位置信息，判断你的子弹是否命中目标。
5. 状态更新： 服务器更新游戏状态（例如，目标玩家受到伤害）。
6. 状态广播： 服务器将这个更新后的状态（包括伤害信息）发送给所有客户端。
7. 客户端渲染：
接收到伤害信息后，你的客户端会立即显示伤害数值，并播放击中效果。
被击中的玩家客户端，会看到自己的人物受到了伤害。如果他们的移动在服务器看来与客户端预测有偏差，他们会看到自己的位置被校正。
所有玩家客户端，都会根据服务器发来的位置更新，通过插值或外插来平滑地渲染其他玩家的移动。
这个过程听起来复杂，但对于一个现代的 FPS 游戏引擎来说，这些都是日常操作。开发者们会不断地调整这些算法的参数，比如预测的幅度、延迟补偿的窗口大小、插值的平滑度等等，以在不同网络环境下找到最佳的玩家体验平衡点。这一切都是为了让你在屏幕上看到的，尽可能接近你所期望的、一个公平且流畅的游戏世界。
首先，我们需要明白一点：绝对的实时同步在网络游戏中是无法实现的。 因为数据在玩家电脑、游戏服务器、以及其他玩家电脑之间传输都需要时间，这个时间就是延迟。关键在于，如何最小化这种延迟带来的负面影响，并让玩家感知到的游戏世界尽可能地一致。
1. 服务器权威（Server Authority）—— 一切的基石
这是保证同步性的最根本原则。想象一下，如果每个玩家的电脑都说了算，那么一个高延迟的玩家完全可以作弊，声称自己已经躲到了掩体后面，而实际上他可能还在开阔地带。这会立刻摧毁游戏的公平性。
因此，在绝大多数正规的 FPS 游戏中，服务器才是绝对的权威。 服务器负责处理游戏中的所有关键逻辑：玩家的位置、移动、射击、碰撞检测，以及伤害计算等等。
客户端的职责： 玩家的电脑（客户端）主要负责接收服务器的指令、显示游戏画面、以及将玩家的操作发送给服务器。它更像是一个“信息输入和输出终端”。
服务器的职责： 服务器接收到玩家的操作指令后，会在自己的“权威世界”中模拟这些操作，然后将更新后的游戏状态发送给所有客户端。
打个比方，你在玩枪战游戏，你按下射击键。你的电脑会立刻告诉你“你射击了”，画面也会给你反馈。但实际上，你的射击指令需要经过网络传到服务器。服务器收到指令后，才会判断你的子弹是否命中，是否造成伤害，然后把“命中”或“未命中”的结果再传回来给你，并同步给被击中的玩家。
2. 预测（Prediction）与延迟补偿（Lag Compensation）—— 让卡顿不那么明显
既然服务器是权威，而数据传输需要时间，那么我们就必须处理好客户端和服务器之间的“时间差”。这就是预测和延迟补偿登场的地方。
2.1. 客户端预测（ClientSide Prediction）—— “我想做啥，我先自己演一遍”
想象一下你的人物在向前奔跑。你的电脑知道你按下了前进键，它会立刻在画面上表现出你的人物向前移动的效果，让你感觉操作是即时的。这就是客户端预测。
怎么做？ 当你进行一个操作（比如移动、跳跃）时，你的电脑会立即在本地模拟这个操作，并更新你的人物在屏幕上的位置。同时，它会将这个操作指令发送给服务器。
好处： 大大减少了玩家感受到的操作延迟。你按键的瞬间，画面就能做出反应，而不是等你操作数据传到服务器，服务器处理完再传回来才给你反馈。这让操作感觉“流畅”。
潜在问题与解决： 服务器收到你的操作后，会用自己的数据来验证你的位置。如果服务器发现你的预测位置与它计算出的位置有偏差（可能是因为网络波动或者服务器上的其他玩家），服务器会纠正你的位置。这种位置的“跳变”有时会被玩家注意到，但通常会被设计得足够平滑，或者被隐藏在快速的动画中。
2.2. 延迟补偿（Lag Compensation）—— “你当时打我的时候，你人明明在那儿啊！”
这是处理“我明明打中了他，为什么没伤害”这个问题的关键。简单来说，延迟补偿就是让服务器在判断一个射击事件时，回溯到射击发生那一刻所有玩家的“真实”位置。
核心思想： 服务器不光储存当前的游戏状态，还会储存过去一段时间内所有玩家的位置记录。当服务器收到一个射击指令时，它会查询这个指令是什么时候从客户端发出的。然后，它会把“回溯”到那个时间点，查看所有玩家当时的确切位置，再来判断这次射击是否命中。
举个例子：
玩家 A 的延迟是 50ms，玩家 B 的延迟是 150ms。
玩家 A 开了一枪，目标是玩家 B。这个操作指令需要 50ms 到达服务器。
服务器收到指令，但它需要判断的是玩家 B 在 50ms 前 的位置，而不是服务器收到指令的现在位置。
为什么是 50ms 前？因为玩家 A 发出指令时，玩家 B 在服务器看来，可能已经移动到了另一个位置。服务器为了公平，必须模拟玩家 A 看到的那个瞬间的玩家 B 位置。
如果玩家 B 的电脑也做了预测，它可能已经移动到了一个“安全”的位置。但延迟补偿让服务器回溯到更早的时间点，那时候玩家 B 可能还在玩家 A 的准星里。
好处： 大大提高了射击的命中感，尤其是对于高延迟的玩家来说，他们射击时感觉到的目标位置，往往就是服务器认为的那个目标位置，从而提高了射击的准确性。
潜在问题： 对于低延迟的玩家来说，他们可能会感觉到，自己明明已经躲进掩体了，却还是被命中了。这是因为高延迟玩家的射击，在服务器看来，是命中了他们躲进掩体前的那个瞬间。这也是一个权衡，通常设计者会尽量在各个方面寻找平衡。
3. 插值（Interpolation）与外插（Extrapolation）—— 让移动平滑
除了射击，玩家的移动和物品的动画也需要平滑处理，避免出现“瞬移”或者卡顿的画面。
3.1. 插值（Interpolation）—— “在两个已知点之间找个中间值”
当你的客户端接收到服务器发送过来的玩家位置更新时，这些更新并不是连续的，而是以一定间隔（比如每秒 60 次）发送的。如果直接显示这些位置，你会看到人物“跳跃”式的移动。
怎么做？ 客户端接收到两个连续的位置更新（比如时间点 T1 的位置 P1，和时间点 T2 的位置 P2），然后在 T1 和 T2 之间的时间段内，平滑地插值计算出中间位置。这样，玩家的移动看起来就像是在平滑地滑动过去，而不是像瞬移。
好处： 让其他玩家的移动看起来非常流畅和自然。
延迟影响： 插值会引入一个很小的显示延迟。为了平滑显示，客户端需要等待接收到下一个更新点，然后才能开始插值。这通常会比你直接显示数据增加几十毫秒的延迟。
3.2. 外插（Extrapolation）—— “猜猜他接下来会去哪儿”
如果网络延迟非常高，或者丢包严重，客户端可能收不到连续的位置更新，那么插值就无法进行。这时候就需要外插。
怎么做？ 基于最近已知的几个位置和速度信息，客户端会预测（外插）出玩家在接下来的时间里可能的位置。
好处： 在网络状况不佳时，也能尽量保持画面的连续性，避免人物“卡住不动”或突然“跳跃”。
潜在问题： 如果预测错误（比如玩家突然改变了方向），那么画面就会出现一个“跳变”，需要纠正，这同样会影响流畅度。
4. 丢包处理（Packet Loss Handling）
网络通信总会有数据包丢失的情况，尤其是在拥挤的网络环境中。
重要性： 即使是很小的丢包率，如果处理不好，也可能导致玩家卡顿、操作丢失，或者关键信息（如敌人死亡）没有及时收到。
处理方式：
UDP 和 TCP 的选择： 大部分游戏会选择 UDP 协议，因为它传输速度快，没有 TCP 的重传机制带来的延迟。但 UDP 容易丢包。
可靠性层： 游戏开发者会在 UDP 之上自己实现一层“可靠性”机制。比如，对于一些关键的事件（如玩家死亡、拾取物品），他们会使用一种更可靠的传输方式，或者对重要数据进行重复发送。
数据压缩与打包： 尽量将多个小数据包合并成一个大包，减少传输次数，降低丢包几率。
重传与序列号： 对丢失的数据包进行标记和重传，或者通过序列号来识别并跳过重复或丢失的数据包。
5. 游戏状态的量化和压缩
为了减少数据传输量，特别是要顾及到拥有不同网络质量的玩家，游戏状态的数据需要被精心设计。
状态的精简： 游戏服务器只发送必要的信息。例如，一个玩家是否在瞄准，可能比他眼睛的具体朝向更重要。
数据压缩： 对游戏状态信息进行有效的压缩，减少传输带宽的需求。
总结一下整个流程：
1. 玩家输入： 你按下鼠标左键射击。
2. 客户端预测： 你的电脑立刻在你屏幕上显示你的人物在射击，并把射击指令发送给服务器。
3. 服务器权威处理： 服务器收到你的指令。由于延迟补偿，它会回溯到你发出指令的那个时间点，查看所有玩家在该时间点的真实位置。
4. 服务器逻辑判断： 服务器根据回溯后的位置信息，判断你的子弹是否命中目标。
5. 状态更新： 服务器更新游戏状态（例如，目标玩家受到伤害）。
6. 状态广播： 服务器将这个更新后的状态（包括伤害信息）发送给所有客户端。
7. 客户端渲染：
接收到伤害信息后，你的客户端会立即显示伤害数值，并播放击中效果。
被击中的玩家客户端，会看到自己的人物受到了伤害。如果他们的移动在服务器看来与客户端预测有偏差，他们会看到自己的位置被校正。
所有玩家客户端，都会根据服务器发来的位置更新，通过插值或外插来平滑地渲染其他玩家的移动。
这个过程听起来复杂，但对于一个现代的 FPS 游戏引擎来说，这些都是日常操作。开发者们会不断地调整这些算法的参数，比如预测的幅度、延迟补偿的窗口大小、插值的平滑度等等，以在不同网络环境下找到最佳的玩家体验平衡点。这一切都是为了让你在屏幕上看到的，尽可能接近你所期望的、一个公平且流畅的游戏世界。
网友意见
如果不是同步的话，游戏的公平性怎么保证呢？那些cf,cs的比赛是如何解决这个问题的？
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