多人游戏的规模，一直是个让人捉摸不透的问题。从MUD发展而来的MMORPG，同时在线人数超过五位数的并不少见，但到了《方舟：生存进化》、“ATLAS”和“吃鸡类”的作品中，服务器、或者说一个房间容纳的人数一般在70到200之间徘徊。
估计有不少玩家曾经幻想过，将《荒野大镖客：救赎2》这样细致入微的单人体验塑造成大型MMO，上万名牛仔在西部世界里快意恩仇、何其壮观。但即使是技术力如此之强的Rockstar，也只敢采取“32 人战局”的设计方式，并在删减了一些内容的情况下推出《荒野大镖客 Online》。
有时候，扩充多人游戏规模的瓶颈，还不单单只是愿不愿意花钱买服务器的问题。抛开设计、玩法上的考虑，许多开发团队面临着“想做大却没法做大”的技术窘境。《绝地求生》跟《堡垒之夜》将人数设置在100，也未必全是讨个好彩头。你要说蓝洞和Epic想要致敬高见广春的小说《大逃杀》，那应该也是构思42人相互厮杀的世界。
巧的是，今年我在CJ逛展时结识了田桑。他过去曾在EA负责线上游戏的功能设计，后来又任职英礴(Improbable)的游戏解决方案工程师，跟进过5个MMO项目，十分了解多人在线游戏的构造。我们从“吃鸡”的人数聊到《荒野大镖客：救赎2》的多人模式，于是就有了这篇科普。
为什么MMORPG能支持上万人
线上多人游戏的规模能到今天这个程度，肯定不是一蹴而就的。1996年的MUD《侠客行》最早是在大学里设置的服务器，当玩家规模增长到1000人同时在线时，其负载瞬间就被推到了极限。
同时期图形化的网游显得更加“寒碜”，由于网络游戏的用户存在多个状态，如果说文字MUD仅仅是用一句话来描述，那图形化的状态可能要涉及到位置、动作、频率等诸多因素，每秒钟得同步非常多次，导致数据的容量特别大。因此号称领先于时代的《子午线59》，一个服务器能够容纳的人数也只不过250人。
当然，那个年代《子午线59》的同屏人数已经足够震撼了
《网络创世纪》的制作团队当时没少为用户规模这事操心，在Alpha测试的时候他们就觉得250人离“大型多人互动”的概念还有些距离，于是Beta测试前是又是买硬件又是研究新技术。到了1997年，这群人在BUG一堆的情况下硬是把能够同时容纳的并发人数怼到3000，导致后来不少漏洞被玩家利用。
在田桑看来，因为90年代是个快速发展的时代，他理解的早期用户规模扩容偏向堆带宽和硬件。只不过现在成本的越来越高，采取这种方法的代价太大，一个侧面现象就是CPU的主频很多年来没有太大提升。而从技术的角度来说，传统MMORPG使用的架构是C/S(服务器-客户机)，作为一个被应用了10多年的架构，广泛存在于“Runescape”、《魔兽世界》等作品的设计中，它可以说是网络游戏支持上万人同时在线的基础。
从名字就能看出来，C/S最早是两层结构，客户机也就是玩家电脑(主机)负责渲染，服务器处理游戏逻辑。后来又加了一层“数据库”，搭载了用于保存游戏结果的存储器，估计也不用做太多科普。
一个典型的 C/S 架构交互
为了保证用户的规模足够大，传统MMORPG在“保真度”上做了很多牺牲。所谓的保真度可以简单理解成游戏的细致程度，包括物理模拟，比如撞墙之后产生反作用力，或是像《半条命2》那样实打实的把罐子握在手里捡起来;也包括延迟和同步，比如动作游戏和FPS游戏对服务器帧率都有非常高的要求。
根据田桑的解释，传统C/S的客户端不做模拟，或者是比较轻量的模拟，它们把这些状态以比较低的频率发到服务器，对服务器的负载要求较低，因此就可以允许更多的玩家同时在线。
《黑色沙漠》在 MMORPG 里的保真度算是不错，但相比单人游戏还是差了一截
保真度的差异，我们甚至能从单机游戏和MMO的渲染逻辑中看出来。单机游戏的图像会尽可能从GPU中加载，理想状态下最好能做到不访问硬盘和主存。《超级马力欧兄弟》每个关卡中的方块、每个怪物出现的位置都是固定的，角色、敌人和场景在游戏启动时就渲染读取完毕，进而放到GPU内存中。
而MMO中更多引入了“其它玩家”的变量，加上其技能、特效、位置的无数种组合，基本无法提前确定要渲染的东西，因此只能动态的从主存和硬盘读取纹理等数据。客户端与服务器的交互最先只确定玩家位置，本地先进行轮廓渲染，再在保持帧率的前提下一点点把画面读出来，体验肯定要差一些。
突然冒出来这么多人，在线多人游戏的图像具有不可预测性
事实上，在牺牲了保真度的前提下，要保证用户的规模够大，尽可能降低服务器负载，C/S 架构仍然需要写一个极其复杂的后端。从《魔兽世界》的处理方式不难看出，那个年代暴雪工程师的天赋何其之高。
最常见的就是“空间分割法”，即把游戏中的地理(地图)进行分割，逐一分配给不同的服务器进程或者设备。
空间分割法
一个变种是“空间复制法”，即把世界复制很多份，每份单独塞到一个服务器;而为了解决玩家因刷宝、挑战高难度怪物而大量聚集起来的问题，他们又研究出“实例法”，单以副本的方式为每波玩家提供极其有限的地区。
空间复制法
因此在田桑的眼中，基于C/S的MMORPG有着相当高的技术门槛：
“市场喜好抛开不说。MMORPG的技术门槛就要比DS高。UE的DS 我个人觉得就是一个非常棒的产品，像做《方舟：生存进化》的，还有其它很多工作室，他们没有多少后端积累，就可以把游戏做到那个量级。”
而这里提到的 DS(Dedicated Server，专用服务器)，不仅是当下很多主流在线多人游戏都会使用的技术，也恰好能够解答“为什么‘吃鸡’的玩家得是100 人”的问题。
为什么一局吃鸡的玩家得是 100 人
首先得声明100人只是个数量级，并非锱铢必究的数字。
简单来说，DS可以比喻成“房间制”。好比《绝地求生》《堡垒之夜》《战地5》和《我的世界》，一个服务器(独立主机)对应一个房间，然后这个房间大致能够容纳两位数到三位数的玩家。
目前市面上主流的游戏引擎，如虚幻和Unity为线上多人游戏提供的解决方案都是DS。这是一种能最大限度提高网游保真度的架构，它最早的目的就是为了解决FPS的同步问题，追求高精度、低延迟，涵盖客户端预测、服务器校验，延迟补偿等多种技术。
《GTA5》的战局也是一个 DS
田桑拿虚幻引擎举了个例子：“DS结构下，引擎是带到服务器上运行的，客户端渲染相关的部分被剥离出来了，运行的是物理、AI等纯逻辑。由于服务器能运行物理计算，所以联网游戏可以做到物理的同步，就可以实现很真实的游戏体验。”
在虚幻引擎的DS下，服务器便承担了计算碰撞同步的任务，例如判定武器有没有命中，环境爆炸产生的碎片轨迹这些东西。而且角色的AI行为树同步也依赖DS，所以服务器会高频率地处理状态，负载非常大。这导致DS架构虽然有着支持高保真度游戏的优点，同样也具备高消耗、低承载的缺点。
一个典型例子是《光环5》的战区模式。这个用到DS架构的模式，支持的最大玩家数是24人，而且对于AI、载体和目标的数量都有相应限制，原因正是要确保不会超过服务器的承载量。为此开发团队简化了AI逻辑，因此在战区模式下NPC会显得比战役中的要“蠢”。
如果延续 C/S 架构下的扩容思路，玩家们可能会感到困惑 —— 一台服务器负载太高，你加几台服务器不就完事了么?
然而，DS架构在这一点上还受限于游戏引擎：
“虚幻引擎的主要逻辑是单线程运行，如果把服务器的主频性能，比如从16核变成32核，能够负载的人数其实是不能增加的。而且就算从一台机器增加到两台机器，可容纳的玩家数量也不会变化，因为有一个技术架构的限制……至于增加核心数有没有用，这个还要看引擎本身是否支持多线程扩展。”
Epic有一段时间为了《堡垒之夜》能支持100人共斗绞尽脑汁，对虚幻引擎做了不少优化。比如在跳伞降落的过程中，主动降低远程调用所需要的带宽;又比如限制客户端向服务器发送移动更新的频率，避免因为客户端帧率过高，最终导致服务器过度负载。
Epic曾提到过一个观点，既然一家公司都要做大型MMO了，那肯定有自己独特的要求和后端解决方案，依样画葫芦地照搬他们的DS不太适合，虚幻本身去研究扩容的事情可能会比较鸡肋，鼓励开发者基于这项技术自己想办法。
而主要逻辑是单线程运行的Unity，其实或多或少也和虚幻引擎一样需要面临同样的问题。
做个几万人的《荒野大镖客》有没有可能
从上面两个部分的论述来看，不难发现如今线上多人游戏面临一个两难的局面。要么就沿用传统C/S，自己写后端，以降低保真度为代价追求规模;要么就拿DS架构办事，缩小规模，提高保真度。
但有没有办法将它们融合起来呢?其实很多开发团队都在思考这个问题。
市面上有着这样特性的产品不多，“褒贬不一”的海盗冒险多人游戏“ATLAS”勉强算一个。抛开产品品质的问题，“ATLAS”用的就是DS架构，而且“理论上”支持40000名玩家同时游玩。
《ATLAS》
他们的做法，是在DS外自己写了世界服务器和数据服务器的后端。先把多个DS实例给拼起来，再由世界服务器统一负责管理 —— 比如只要玩家过地图，就把玩家的数据搬到另一台服务器。其实可以类比成《魔兽世界》的“空间分割法”，当然明显能够看出技术不怎么成熟，Steam上负面评价最多的地方就是“卡”和“连不上”。
英礴本来也打算打造一个庞大的、高保真度的游戏世界，结果发现技术方面都是坑。于是干脆先把DS的问题捋清，降低日后游戏制作的门槛和风险，因此催生出了一个解决方案(工具)：SpatialOS。
SpatialOS是一个基于底层公有云资源的游戏开发环境。它一方面会给你提供云端的服务器托管，一方面给予技术支持，类似于一个多功能插件。这个工具可以很简单的接入虚幻和Unity引擎，甚至任何其他的第三方引擎，它主要提供在DS架构下扩充多人游戏规模的手段。
其中一个扩容思路和“ATLAS”有点像，如果一个DS不够用，就把多个DS拼接起来统一管控。因为 SpatialOS虚幻开发套件的方向就是走多进程，这样更容易利用多核甚至多机器的计算资源，可以突破传统DS的限制 —— 简而言之就是给游戏加服务器有用了。
上面这段话有点绕，直接看“把DS拼起来”的示例图更加直观。下图中9个方块代表9个DS，每个游戏服务器的管辖区域分别由不同颜色代表，玩家不仅可以无缝跨越服务器边界，也能和不同区域的其它玩家互动。
据田桑解释，这背后的秘密是9个DS之上有一个“网络层”，它才真正负责所有游戏状态的管理。一个DS是一个区，通过这个管理层将所有区弥合起来。客户端连到这个管理层，而不是所有的DS之上。
利用多个游戏服务器来模拟游戏世界的不同区域
说到分层这个概念，SpatialOS中还有项名为“AI负载拆分”的功能，正好能解决前文《光环5》战区模式的问题。理论是，如果把AI的负载扔到另一个服务器，那不就为玩家扩容腾出空间了吗，而且还不必让NPC变“蠢”，可谓一举两得。
这种方法可以采取的应用很广，对延迟要求不高，和核心系统(如物理)耦合度不高的东西都可以拆分出来，比如天气系统。分出来的层，则基于云放到另一台虚拟机上。
英礴本身做了一些实验，使用原生虚幻引擎的情况下，在已有100名玩家的基础上最多可以运行229个AI;而将AI负载扔到另一个服务器后，维持相同服务器帧率的前提下AI数量可以达到479个，相当于扩容了一倍。
目前正在测试的冒险生存游戏《拾荒者》(Scavengers)，刚好就采用了AI负载拆分的技术。开发商Midwinter Entertainment表示玩家会在游戏中遭遇极端天气、怪物肆虐，外来入侵者以及敌对玩家团队等各方面的威胁。而AI负载拆分使得他们在3x3公里的地图内，一方面保证了这些高保真度的体验，一方面又实现了“60名玩家+300个AI”的规模。
当然，尽管分层看起来很牛逼，但银弹却是不存在的，田桑举了个例子：
“假设A1区域有10000 人，负载不下了。那要么把A1切成A1和A2，分别放5000人，也可能是在A1上面再加一层，这都是开发者自己去控制的。但是这个事情会带来成本，因为两个区间之间有大量通信，要靠服务器硬件来堆。
比如一个服务器要从1000人扩容到3000人，那就分三层……如果每层额外带来的性能损耗是50%，每一层实际只能跑500人，三层只有1500人。那你又得多分几层，这时候的损耗可能又不止50%了。”
所以，要想在DS架构下把玩家的规模扩大，得综合多种方法。SpatialOS实际上还有一套名为QBI的系统，可以自定义降低同步频率，解决一些网络负载的问题。比如其中一个表现就是令距离玩家较近的活动物体看起来更顺畅，越远“越卡”，主要是看开发者如何发挥想象。
正如之前提到的技术限制，MMORPG人数规模很大，可以达到几千上万人，但基本集中在社交、打怪，或者是副本的交互方式，很少见到有真实的物理模拟。另外一个方向是像《堡垒之夜》《方舟：生存进化》这样的游戏，它们有些地方做得很细致，但人数又容易碰到瓶颈，通常就是房间制的。
由此引申到能不能做“容纳几万人的《荒野大镖客：救赎2》”的问题，田桑认为理论上是可行的，只是还没有开发者触及到这根线。而且即使解决了技术问题后，话题就又回到了无法回避的开发风险和成本。
不过，未来这两种需求应该会交汇到一起，使得线上多人游戏在现今的标准上再进一步：一方面能支持更多玩家，一方面又能保证更真实的模拟。至少有人目前正在朝着这个方向努力，或许再过不久，有着高保真度的大型多人在线游戏就不再仅仅停留在幻想中。
本文来自微信公众号：游戏时光VGtime(ID：VGTIME2015)，作者：箱子
关键词： 荒野大镖客
