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生存RTS《异星前哨》技术分享——燃烧你的CPU

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发表于 2023-1-9 15:40:12 | 显示全部楼层 |阅读模式
大家好,我们是云蟾游戏国产科幻生存RTS《异星前哨》项目组成员,是一群热爱RTS的老炮儿。在不久前我们在游戏发售之际,分享了一些关于GPU的知识,这次我们会分享CPU相关的技术积累,希望给国内游戏的开发环境提供一些微末帮助。

1发售.jpg

在对《异星前哨》制作人的要求:同屏十万只怪进行技术拆解后,技术组的性能优化方案,围绕GPU和CPU两个模块来同步进行的,本篇日志主要来谈谈CPU的部分,与GPU不同,CPU承受的大部分压力在于:

海量的虫子寻路时产生的效率问题

基于这个关键点,我们将在下面分享CPU层面优化《异星前哨》的整个过程。

一、寻路算法的问题

开发初期,技术组分析了产品的地图需求:

1、游戏开始时创建随机地形

2、定时在多角落刷10万只若干虫子,向地图中心移动

3、角色、虫子都要有碰撞

这些需求看起来并不复杂,公司在另一个项目《铁甲雄兵》上已经积累了比较丰富的地图开发经验,所以技术组很快得到了初步方案结论,即:

使用“导航网格(Navigation Mesh)”技术

2.jpg

依靠已有经验来看,导航网格可以完美适配复杂、不规则、多层的地形,在寻路效率和效果上,都表现得非常优秀。

但是,当第一个DEMO出来时,问题就开始暴露:

随着建筑、单位、虫子数量的不断增加,FPS开始出现大范围的跳动,连角色行走路线也变得飘忽不定,整个游戏透露出奇怪的BUG感(误)。

经过了漫长而脱发的Debug流程,我们最终得到了结论,导航网格这玩意儿在《异星前哨》的地图上,根!本!不!适!用!

先谈谈导航网格为什么不适用,相较于传统寻路方案,导航网格的优势是:

‒        对网格进行合并,减少网格数量,减少计算量,提升效率

‒        利用三角形贴合不规则的地形,让拐弯更自然

而带来的缺点是:重构网格相当费时,耗费的时间和地图的阻挡复杂度成正比

我们再来看《异星前哨》这个产品里,产品的运行逻辑如下:

1、玩家会频繁的摆放/拆除建筑

2、地图阻挡属性因为建筑变动而变更

3、开始重构导航网格,重新定位虫子所在的三角网格

4、开始废弃旧的寻路路径,虫子开始重新寻路

5、性能逐渐被拖垮

3.gif

我们通过上述的例子会发现,导航网格这种地图类型:

地形不规则、阻挡几乎不变。

比如,一个MMORPG的副本,导航网格允许离线生成,相对较为静止

4.jpg

但遗憾的是,在《异星前哨》这种即时战略类游戏中,情形刚好相反:

地形非常规则,阻挡频繁变动。

5.jpg

无奈之下,资深程序员在一个月黑风高的加班之夜,抚摸着自己仅剩的几缕头发,在报告PPT上写道:放弃使用导航网格寻路,改用传统网格寻路。

二、传统网格算法

传统网格就是我们常说的A星算法,对于做了多年开发的技术组来说几乎轻车熟路

使用A星(A-star algorithm)算法

6.JPG

当玩家摆放建筑时,只需要更新该建筑所占网格的阻挡属性,剩下的工作就由强大的A*算法自行解决。

7.JPG

一般情况下,一次寻路所消耗的时间不足1毫秒。

新的寻路模块编码工作结束后,项目再次开展了一次深度测试。

一路稳定运行,配合上GPU的优化,整体运行的FPS稳定在80。

直到虫巢发生暴动。

8.JPG

数千只虫子相互拥挤在路口,相互碰撞,大量虫子被挤出原有寻路路线,他们很快开始重新寻路。

偏离路线的虫子数量越来越多,FPS也急剧下降到了10。

显然,单次寻路消耗时间虽然少,但也架不住数量的增加,优化寻路效率并不能从根本上解决问题。

技术组亮出第一把武器:多线程寻路

利用CPU多核优势,成倍提升计算力,FPS明显回升。

随着虫子数量的持续增加,FPS再次回落。

技术组亮出第二把武器:采用队列来削峰

寻路队列的本质,是把大量的寻路计算,分散到不同的帧上执行,设定一个合适的并行数量,将剩余的寻路请求丢进缓存等待,控制每一帧的计算量,利用时间消化掉所有的寻路请求,稳定FPS。

当碰到提交的寻路请求源源不断的时候,自然会掉进缓存队列数量只增不减的黑洞。

所以技术组很快发现尽管帧数稳定了,但另一个问题愈加严重,出现了“成片虫子原地呆滞”的现象

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尽管对自信心打击很大,但这里的问题非常明确:

海量虫子的并发寻路存在很大问题,必须解决!

三、选择洋流图方案

技术组重新回到第一步,分析产品的地图需求,经过多次的讨论,意外发现了一个突破口:

《异星前哨》虫潮爆发时有一个特点,所有怪物的目的地只有1个,就是主基地。

基于这个特点,我们的目光逐渐转移到了一个不常用的方案上:

使用“洋流图寻路法”Flow Field Pathfinding

10.JPG

这个方案的特点:地图上的每一个网格,都记录了前进的方向,避免大范围的遍历计算。

虫潮冲锋的时候,目的地只有主基地,非常简单粗暴,而且,玩家本身无法改变地形,玩家建造的建筑物只产生阻挡,并不影响虫潮的进攻路线。

所以,洋流图在地图生成的初期即可确定下来,无需在玩家游戏过程中动态生成。

静态生成,避免大范围遍历网格,简直是量身定做

同时,技术组还考虑到:为了降低难度,避免虫子分流,在生成洋流图时优化了部分路线,使虫子尽可能不会到处乱跑,更容易挤在一个小路口供玩家战斗。

另外,洋流图还支持多层结构,可以支持更复杂的寻路机制,有更好的拓展性。

之后还会做更多优化,针对虫群出现的位置,将虫群看成一个整体,优化前进路线,重算洋流图,让虫群的进攻看起来更加饱满、有压迫感。

虫子满载,CPU满载,帧数稳定

11.JPG

上述就是《异星前哨》技术组对游戏CPU效率优化的总结了,希望大家的CPU不会太热。

关于游戏:

《异星前哨》是一款融合即时战略的国产科幻生存RTS,不同于传统RTS游戏,本作舍弃了PVP对战,将核心玩法聚焦于生存模拟。玩家将成为探索外星的领导者,建立基地并抵御外星虫潮的攻势。游戏首创英雄体系融入核心玩法,每个英雄拥有专属技能、兵种以及建筑单位等;数万虫潮同屏效果震撼,可暂停和随时存档。诚邀各位体验!

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