一种面向网络游戏的沉浸式显示框架

统
［6 ］
。柱面显示系统采用多台投影仪来投射画面 ， 系统需要对
投影仪进行几何校正和颜色校正消除投影画面的几何错位 、 色 彩不均衡等问题， 从而获得无缝的投影拼接画面 。 几何校正是 指对投影画面进行变形 ， 使得投影画面在重叠区域重合 ， 形成逻 ［6 － 8 ］ 。 颜色校正是指调整投影画面的颜 辑上单一的无缝图像
图1 面向网络游戏的沉浸式显示框架系统架构
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游戏世界状态同步
1
相关工作
4］ 文献［ 提出并行图形绘制系统有三种模型 ， 分别为 Synchronized Execution、 Primitive Distribution 及 Pixel Distribution。 Primitive Distribution 及 Pixel Distribution 模型通过局域网在节点 不适合交互性强、 场景 间传输图形绘制命令流或绘制结果画面 ， 复杂的高分辨率图形应用 。 Synchronized Execution 模型只在节 点间同步图形应用程序的状态 ， 适用于面向网络游戏的沉浸式 。 显示系统构建
， 本文采用多投影柱面显示系统展示沉浸式游戏画面 。
收稿日期： 2011 － 03 － 23 。 国家自然科学基金 （ 60803064 ） ； 国家高 技术研究发展计划 （ 2006AA01Z325 ） 。 罗璇， 硕士生， 主研领域： 计算机 图形学。
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计算机应用与软件
2011 年
浸式显示画面， 硬件计算能力成为性能瓶颈 。 本框架使用多个 Slave 节点并行绘制多通道画面 ， 每个 Slave 节点只绘制一个通 系统具有良好的可伸缩性 。 Master 节点不 道沉浸式显示画面， 执行耗时的绘制操作， 不会成为系统性能瓶颈 。
于对现有网络游戏架构的分析 ， 提出一种面向网络游戏的沉浸式显示框架 。该框架不修改网络游戏服务器逻辑 ， 只对游戏客户端源 集群包括一个 Master 节点及多个 Slave 节点。Master 节点执行普通客户 程序进行修改。改造后的沉浸式客户端采用集群系统驱动 ， 端除绘制外的所有功能 。所有 Slave 节点与 Master 节点保持游戏世界状态同步 ， 并行绘制多通道画面， 并通过多投影沉浸式显示系 统展示游戏画面。应用该框架对一款第一人称射击 （ FPS） 网络游戏客户端进行改造 ， 实验结果表明沉浸式客户端能实时展示沉浸 且相对集群节点数具有良好的可伸缩性 。 式游戏画面， 关键词 中图分类号 网络游戏 TP311 沉浸式显示 多投影系统 A
［7 ］ 色， 使得多台投影机投影画面的色度和亮度基本一致 。 9］对现有商业和研究领域的网络游戏框架进行总 文献［
图2
面向网络游戏的沉浸式显示框架流程图
客户端游戏世界状态改变可能由客户端本地逻辑引起 （ 如 客户端预测玩家位置） ， 也可能由服务器逻辑引起 （ 如服务器控 NPC ） 。 机器人移动 在客户端更新游戏世界状态后 ， 引起游 制 戏世界状态改变的所有逻辑已执行结束 ， 绘制画面前游戏世界 只需在 Master 节点更新 状态将不再改变。改造游戏客户端时， 游戏世界状态后， 将更新后的状态同步至所有 Slave 节点， 保证 绘制画面时所有节点游戏世界状态一致 。 Master 节点先完成普通客户端绘制游戏画面前的所有流程 （ 包括接收用户输入、 客户端预测及更新游戏世界状态 ） ， 再与 Slave 节点同步游戏世界状态信息 。 Slave 节点根据同步后的状 态信息绘制沉浸式显示画面 ， 再向 Master 节点发送绘制完成信 号。Master 节点收到所有 Slave 节点绘制完成信号后， 向所有节 点发送帧同步信号。 Slave 节点则在收到帧同步信号后立即进 行帧缓存交换， 实现投影画面的同步刷新 ， 结束当前帧流程。 图 3 给出了框架中游戏世界状态同步模块的类图设计。框 架采用一种面向对象的概念模型描述游戏世界状态同步。游戏 世界中物体 （ 如玩家角色 ） 的状态 （ 如位置、 朝向等 ） 通过 Entity 类的子类描述。触发客户端本地逻辑的事件则通过 Event 类的 比如玩家射击事件将触发玩家角色发射子弹并播放射 子类描述， 击动画。改造游戏客户端时， 开发人员根据游戏中需同步的物体 类型设计其所对应的 Entity 类的子类， 为场景中所有该类物体实 例创建对应的 Entity 类子类实例， 并向 SyncManagerMaster 注册这 些实例。SyncManagerMaster 在每一帧将需同步的 Entity 实例进 行序列化， 再通过局域网发送至 Slave 节点上的 SyncManagerSlave； SyncManagerSlave 对接收到的 Enity 实例执行反序列化操作， 并更新本地的游戏世界状态。同时开发人员还需为每种事件（ 如 射击事件） 设计对应的 Event 类子类， 指定其在 Slave 节点上的事 件处理函数。在 Master 端事件被触发时通过 SyncManagerMaster 将事件序列化后发送至 SlaveManagerMaster； SlaveManagerMaster
［5 ］ 6 ］ ［6 ］ Dome［2， 沉浸式显示系统有 CAVE 、 及柱面显示系统 等多种 类 型， 其中柱面显示系统是最常见的沉浸式显示系
改造后的沉浸式客户端流程如图 2 所示， 普通客户端在游戏 每帧开始后， 接收用户输入， 发送至游戏服务器， 并进行客户端预 ［10 ］ ； ， 测 游戏服务器根据接收到的用户输入 执行服务器端逻辑， 并将游戏世界状态更新信息返回至客户端； 客户端再根据返回的 状态更新信息来更新本地游戏世界状态， 完成游戏画面绘制。
Time Framework ） 网络游戏框架。 RTF 框架 提出 RTF （ Real结， 是目前最完善的网络游戏框架 ， 它自动完成服务器和客户端间 的游戏世界状态同步以及玩家在服务器间的无缝跳转 。网络游 戏客户端通常采用客户端预测技术来克服网络引起的不利因 ［10 ］ 素 。网络游戏的复杂架构和逻辑 ， 最终表现为客户端游戏世 界状态的改变。游戏世界状态指游戏虚拟世界中物体的状态信 息（ 如角色的位置、 朝向及生命值等 ） ， 以及引起游戏画面改变 随机数等 ） 。游戏画面由客户端 的其他信息（ 如动画播放时间、 根据本地的游戏世界状态绘制 。实现网络游戏的沉浸式显示功 能， 只需对客户端进行改造 ， 将其本地游戏世界状态通过沉浸式 。 显示系统展示给玩家
文献标识码
A FRAMEWORK OF IMMERSIVE DISPLAY FOR ONLINE GAMES
Luo Xuan
Abstract
Feng Yizhou
Jiang Zhongding
（ School of Software， Fudan University， Shanghai 201203 ， China）
［11 ］
进行分析， 提出
如图 1 所示。 其中游戏 一种面向网络游戏的沉浸式显示框架 ， 服务器及普通客户端不需修改源代码 ， 沉浸式客户端由普通客 户端改造 而 来。 沉 浸 式 客 户 端 包 括 一 个 Master 节 点 及 多 个 Slave 节点， 它们都运行在改造后的游戏客户端 。玩家通过 MasSlave 节点与 Master 节点同步游 ter 节点与游戏世界进行交互 ， 戏世界状态， 并行绘制多通道画面， 并通过沉浸式显示系统展示 游戏画 面。 多 投 影 柱 面 显 示 系 统 是 最 常 见 的 沉 浸 式 显 示 系 统
［6 ］
开发的单机游戏进行改造 ， 使其支持半球
［2 ， 3 ］
形屏幕的沉浸式显示系统
。他们的研究没有讨论如何改造
网络游戏使其支持沉浸式显示 。 2， 3］ 文献［ 提出了改造后的游戏使用单台 PC 生成投影画 面， 显示分辨率仍不够高。随着画面质量提升， 游戏客户端对硬 绝大部 件计算能力的需求不断增加 。 对于高画面质量的游戏 ， 分单台 PC 无法以实时帧率绘制高分辨率 、 广视角的沉浸式游
0
引
言
点来并行绘制多通道、 高分辨率游戏画面， 对绘制节点的计算能 力要求低， 适用于构建游戏的沉浸式显示系统 。 近年来网络游戏获得快速发展 ， 玩家数量众多。 目前尚未 有方案对网络游戏进行改造使其支持集群驱动的沉浸式显示 。 本文对现有商业和研究领域的网络游戏架构
［9 ］
随着数字媒体和网络技术的进步 ， 计算机游戏在全球得到 迅猛发展， 已成为人们的重要娱乐手段之一 。 计算机游戏分为 单机游戏及网络游戏两种类型 。单机游戏和网络游戏客户端通 采用单台显示器作为显示设备 。 显示器的尺 常运行于单台 PC， 寸较小， 分辨率不高， 视角不够大， 玩家在游戏过程中沉浸感不 够强。增强画面的沉浸感可提升玩家在游戏虚拟世界的临场 感， 增加玩家的游戏乐趣。 1］ 文献［ 对单机游戏的沉浸式显示问题进行了研究 ， 对使 用 Unity 游戏引擎
Online game client typically employs a single monitor as the display device，which can not provide largescale，highresolution
and wideFOV game images． Based on analysing the architecture of existing online games，a framework of immersive display is proposed for online games． In our framework，only the source code of game client is modified，while the server’ s game logic need not be modified． The modified immersive game client is driven by one PC cluster，which consists of one Master node and multiple Slave nodes． Except rendering， Master node performs all functionalities of game client． The world state of game running on each Slave node is synchronized with Master node projector immersive display on every frame． Multichannel images are rendered in parallel，the game images are displayed through multisystem． The client of a FirstPersonShooting （ FPS ） online game is modified using our framework． Experimental results show that the immersive game client achieves realtime performance，and provides high scalability with respect to the number of nodes in cluster． Keywords Online games Immersive display Multiprojector display system 戏画面。集群驱动的沉浸式显示系统使用多台 PC 作为绘制节