TIIVISTELMÄ

Mikä kyseessä Godot-pelimoottorilla kehitteillä oleva FPS-moninpelipohja, joka ammentaa pelituntumaa ja mekaniikkoja Source-moottorin peleistä.

Tavoite Luoda uudelleenkäytettävä runko tuleville projekteille: sulava liikkumis- ja animaatiojärjestelmä, ase- ja esinepohjat, UI-arkkitehtuuri

Verkkokoodi Server-authoritative -rakenne, jossa hyödynnetään client-side predictionia, reconciliationia, lag compensationia ja entity interpolationia sulavan pelikokemuksen luontiin.

Seuraavat askeleet Verkkokoodin optimointi korkealle viiveelle, logiikan siirtäminen GDScriptistä C#- kielelle suorituskyvyn parantamiseksi sekä Steam-integraatio.

Factory: the Game

Factory on työn alla oleva FPS-peliprojektini, johon olen hakenut inspiraatiota Source-pelimoottoria käyttävistä peleistä (kuten Counter Strike ja Half-Life), sillä olen aina pitänyt niiden pelituntumasta. Otin haasteekseni toteuttaa pelin moninpelinä ja halusin implementoida siihen Source-peleistä tuttuja ratkaisuja ja verkkomekaniikoita. Valitsin pelimoottoriksi Godotin sen keveyden ja avoimen lähdekoodin takia.

Tavoite

Tavoitteenani on rakentaa toimiva pelipohja, jota voin hyödyntää tulevissa projekteissani. Pohjaa varten toteutan seuraavat ominaisuudet:

• Pelihahmon miellyttävän ja sulavan tuntuinen liikkuminen
  • Perusliikkuminen
  • Hyppääminen
  • Liikkuminen kyykyssä
  • Hyppääminen kyykyssä
  • Animaatiojärjestelmä liikkumiselle
• Ase- ja esinejärjestelmät
  • Aseiden “spray patternit”
  • Uudelleenkäytettävä asepohja
  • Uudelleenkäytettävä esinepohja✖
• Verkkokoodi ja pelitapahtumien replikointi
  • Authoritative Server
  • Client-side Prediction
  • Reconciliation
  • Lag Compensation✖
  • Entity Interpolation
• Käyttöliittymän perusrakenteet ja logiikka
  • UI State Machine
  • Uudelleenkäytettävät UI-elementit
  • Ympäristö- ja hahmoäänet

Nämä ominaisuudet on jo jossain määrin saatettu alulle, mutta viilausta tarvitaan vielä paljon. ✖-merkillä merkittyjä asioita ei ole vielä toteutettu ollenkaan.

Verkkokoodista…

Koska pelisessio pyörii serverillä ja siihen yhdistetyillä clienteillä, siitä on olemassa ikään kuin useampi versio: serverin headless-versio ja peliclienttien omat, toisistaan jonkin verran eroavat näkemykset pelitapahtumista (viiveen takia). Tämän takia tarvitaan tekniikoita, jotka tasapainottavat peliä ja tekevät pelaamisesta miellyttävämmän tuntoista. Seuraavaksi avaan hieman näitä tekniikoita.

1. Serverin päätösvalta

Lähdin toteuttamaan peliin server authoritative -rakennetta. Tämä tarkoittaa sitä, että serverillä on ehdoton päätösvalta pelin tapahtumiin ja se ei luota clienttiin juurikaan. Serveriin yhdistänyt clientti ei siis lähetä omia sijaintitietojaan serverille vaan se lähettää sille näppäimistö- ja hiirisyötteensä, joiden perusteella serveri laskee sitten lopputuloksen ja palauttaa sen clientille.

2. Client-side Prediction

Clientit eivät kuitenkaan odota vastauksia, koska niiden odottelu johtaisi todella katkonaiseen ja siten epämiellyttävään pelikokemukseen viiveen takia. Client-side Predictionin mukaisesti pelaajan liikkumiseen liittyvä koodi – joka on sama kuin serverillä – ajetaan lokaalisti peliclientissä ja pelaaja liikkuu näytöllä sen laskelmien mukaan.

Jos pelaajan sijainti sitten ylittää tietyn thresholdin eli sijainti poikkeaa serverin laskemasta sijainnista riittävän paljon, sijainti korjataan mahdollisimman huomaamattomasti peliclientissä. Korjaus tapahtuu Server Reconciliation -menetelmällä: yhden ruudunpäivityksen aikana pelaaja teleportataan korjattuun sijaintiin, jonka jälkeen pelaajan aikaisemmat syötteet ajetaan nykyhetkeen asti. Tämä minimoi korjauksesta aiheutuvaa visuaalista häiriötä pelaajalle.

3. Lag Compensation

Kun pelaaja ampuu liikkuvaa vastustajaa, todellisuudessa hän saattaa ampua hänestä ohi, sillä viiveen takia pelaaja näkee toisen pelaajan vanhassa sijainnissa. Vastustaja voi siis oikeasti olla liikkunut ruudulla jo 50 pikseliä aseen lauetessa. Kun pelaaja ei sitten osu vastustajaan – joka oli varmasti nalkissa hänen perspektiivistään – hän turhautuu. Tämän takia tarvitaan Lag Compensaatiota.

Lag Compensaatiota ei ole vielä pelissäni, mutta se toimisi näin: serveri pitää kirjaa clienttien viiveistä ja puskuroi pelaajien sijainnit. Kun jokin pelaaja tekee operaation, jolla voi olla vaikutusta toiseen pelaajaan (esimerkiksi ampuu), serveri menee historiassa taaksepäin ampuneen pelaajan viiveen verran ja suorittaa ampumisen. Näin pelaaja osuu kohteeseensa viiveestä huolimatta.

4. Entity Interpolation

Serverin päivitysnopeudesta johtuen pelaaja näkee ruudullaan liikkuvat viholliset katkonaisesti. Jos pelaajan ruutu päivittyy esim. 144 kertaa sekunnissa ja serveri lähettää tietoa esim. 32 kertaa sekunnissa, pelaajat liikkuvat ikään kuin teleportaten pieniä matkoja. Tämän takia toisten pelaajien sijainnit ja rotaatio täytyy interpoloida eli vanha sijainti saattaa uuteen sijaintiin vähitellen. Interpolointi tavallaan lisää latenssia entisestään, mutta sitä on pakko käyttää, jotta pelikokemus olisi “smooooth”.

Mitä seuraavaksi?

Olen nauttinut peliprojektin monipuolisuudesta. Kun on täytynyt miettiä ja toteuttaa grafiikkaa, ääntä ja koodia, on saanut hyödyntää kaikkia vuosien aikana opittuja taitoja.

Jatkoa ajatellen vielä on paljon, paljon tehtävää:

• Verkkokoodia täytyy debugata, koska korkeammalla viivellä pelaavien pelaajien sijaintien korjaus tapahtuu liian häiritsevästi (esimerkiksi pudotessa ja hyppiessä).
• Verkkokoodi on tällä hetkellä koodattu Godotin omalla GDScriptillä. Sen muuttaminen C#-koodiksi voisi tuoda suorituskykyparannuksia.
• Steam-integraatio olisi järkevä toteuttaa, jolloin pelaajien ei tarvitsisi jakaa IP-osoitteita toisilleen voidakseen pelata. Tähän on ilmeisesti olemassa Godot Steam -laajennus.
• Keksiä hyvä peli-idea, jota lähtisin kehittämään pohjaa hyödyntäen. Tämähän se taitaa olla vaikein osuus 😅.