تاوان تاخیر: نبرد درون‌یابی و برون‌یابی در کدهای شبکه بازی‌ها

بازیکنان و توسعه‌دهندگان تازه‌کار مدام بحث می‌کنند که یک نت‌کد بی‌نقص باید به سادگی پیش‌بینی کند که هدف به کجا می‌رود و با جلو بردن زمان، تاخیر را کاملا از بین ببرد. اما ریاضیات موتورهای بازی‌سازی مدرن دقیقا عکس این را ثابت می‌کند. وقتی یک سرور رقابتی برای حفظ تیک‌ریت ۱۲۸، آپدیت‌ها را در پنجره‌های زمانی ۷.۸ میلی‌ثانیه‌ای پردازش می‌کند، پیش‌بینی آینده (تکنیکی که به عنوان برون‌یابی شناخته می‌شود) خطاهای مکانی ایجاد می‌کند که یکپارچگی رقابت را به هم می‌ریزد. در عوض، توسعه‌دهندگان مجبورند به درون‌یابی تکیه کنند؛ سیستمی که عمدا وضعیت بصری را به تاخیر می‌اندازد تا دقت را تضمین کند.

در یک محیط پرالتهاب و حساس، بازیکنی که با سرعت ۴۰۰ واحد درون‌بازی در ثانیه حرکت می‌کند، مسافت قابل‌توجهی را بین بسته‌های شبکه طی می‌کند. اگر کلاینت در مورد تغییر جهت حرکت اشتباه حدس بزند، اصلاح سرور باعث می‌شود مدل کاراکتر روی صفحه پرش کند و یک هدشات تمیز به یک خطای محض تبدیل شود. این اثر کشسانی یا رابربندینگ، پیامد مستقیم یک پیش‌بینی شکست‌خورده است. برای جلوگیری از این اتفاق، موتورها داده‌های ورودی را بافر می‌کنند و بازی را کمی در گذشته رندر می‌کنند تا هر حرکتی که روی صفحه نشان داده می‌شود، از قبل توسط سرور تایید شده باشد.

سبک‌سنگین کردن این دو روش، حس و حال هر بازی چندنفره بزرگی را تعریف می‌کند. موتور سورس (Source) شرکت ولو (Valve) که قدرت‌بخش برخی از ماندگارترین شوترهای تاکتیکی است، به طور پیش‌فرض روی نرخ ۳۰ بسته دستوری در ثانیه تنظیم شده است. پر کردن شکاف بین این نرخ آپدیت ۳۳ میلی‌ثانیه‌ای کلاینت و یک سرور ۶۶ یا ۱۲۸ تیک، موتور را مجبور می‌کند که یا منتظر بسته بعدی بماند یا حدس بزند بازیکن به کجا می‌رود.[5]

بر اساس مستندات جامعه توسعه‌دهندگان ولو، «کلاینت بسته‌های دستوری را با نرخ مشخصی (معمولا ۳۰ بسته در ثانیه) ارسال می‌کند.» از آنجا که پهنای باند شبکه محدود است، سرور نمی‌تواند برای هر ریزحرکت یک اسنپ‌شات جدید پخش کند. وقتی این بسته‌ها به کلاینت می‌رسند، موتور باید آن‌ها را به هم متصل کند. اگر بسته‌ای گم شود، سیستم با یک انتخاب فوری روبرو می‌شود: کاراکتر را فریز کند، مسیر را حدس بزند، یا برای هموار کردن این شکاف به یک بافر از پیش تعیین‌شده تکیه کند.[5]

اپیک گیمز (Epic Games) در آنریل انجین ۵ (Unreal Engine 5) با استفاده از یک بافر درون‌یابی پیش‌بینانه دقیقا به سراغ همین مشکل می‌رود. وقتی کلاینت داده‌ها را از یک آبجکت تحت فرمان سرور دریافت می‌کند، موتور بلافاصله آن را در همان مهر زمانی دقیق رندر نمی‌کند. همان‌طور که مهندسان اپیک گیمز در مستندات فیزیک شبکه سال ۲۰۲۶ خود اشاره می‌کنند، آن‌ها «داده‌های وضعیت دریافت شده را به اندازه نیمی از زمان رفت و برگشت به جلو پیش‌بینی می‌کنند.» این محاسبه تضمین می‌کند که نمایش بصری، زمان انتقال بسته را در نظر می‌گیرد، در حالی که همچنان به جای حدس و گمان محض، به داده‌های قطعی تکیه دارد.[4]

برون‌یابی یا ناوبری کور، مسیر کاملا مخالفی را طی می‌کند. کلاینت با محاسبه یک مسیر بر اساس آخرین سرعت شناخته‌شده، سعی می‌کند تاخیر شبکه را کاملا پنهان کند. یک مقاله پژوهشی یوزنیکس (USENIX) در سال ۲۰۰۹ در مورد ناوبری کور همتا به همتا نشان داد که این روش برای موجودیت‌هایی با اینرسی بالا بی‌نقص کار می‌کند. وسیله نقلیه‌ای که با سرعت ۶۰ مایل در ساعت در یک خط مستقیم حرکت می‌کند، احتمالا در ۵۰ میلی‌ثانیه بعدی نیز در همان خط مستقیم به حرکت خود ادامه می‌دهد، که این امر برون‌یابی را برای کاهش بار محاسباتی سرور بسیار کارآمد می‌کند.[3]

با این حال، حرکت انسان در یک عنوان ورزش الکترونیک کاملا غیرخطی است. بازیکنی که یک مکانیک استریف سریع را اجرا می‌کند، در کسری از ثانیه تغییر جهت می‌دهد و پیش‌بینی الگوریتم ناوبری کور را در هم می‌شکند. ارائه سال ۲۰۱۶ بلیزارد انترتینمنت (Blizzard Entertainment) در رویداد جی‌دی‌سی پیرامون معماری گیم‌پلی اورواچ (Overwatch) به صراحت این نقطه ضعف را برجسته کرد. تیم توسعه، درون‌یابی را برای موجودیت‌های بازیکن در اولویت قرار داد تا اطمینان حاصل کند که حرکت نامنظم انسان به جای حدس زدن و اصلاح شدن، بافر شده و با دقت رندر می‌شود.[2]

خطای مکانی ناشی از یک برون‌یابی ناموفق، رابطه مستقیمی با سرعت بازیکن و تاخیر شبکه دارد. اگر کلاینت پیش‌بینی کند که بازیکن برای ۴۰ میلی‌ثانیه به حرکت به سمت چپ ادامه می‌دهد، اما بازیکن در واقع متوقف شده و روی سرور به سمت راست حرکت کند، موقعیت رندر شده کلاینت با گذشت هر میلی‌ثانیه بیشتر از واقعیت فاصله می‌گیرد. وقتی بسته معتبر بعدی می‌رسد، موتور مجبور می‌شود فورا مدل را به مختصات صحیح تلپورت کند و هر شانسی برای ردیابی بصری را از بین ببرد.

پکیج نت‌کد برای گیم‌آبجکت‌های یونیتی (Unity) به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد که بین این حالت‌ها جابجا شوند، اما مستندات آن صراحتا در مورد لرزش ذاتی برون‌یابی هشدار می‌دهد. وقتی کلاینت مجبور است خود را به وضعیت واقعی یک شیء با حرکت سریع برساند، آرتیفکت بصری حاصل، بسیار بیشتر از یک تاخیر ثابت و قابل پیش‌بینی، هدف‌گیری بازیکن را مختل می‌کند. مغز انسان می‌تواند با یک تاخیر بصری پایدار ۳۰ میلی‌ثانیه‌ای سازگار شود، اما نمی‌تواند با هدفی که به طور تصادفی تلپورت می‌شود، کنار بیاید.[1]

اجماع صنعت در سال ۲۰۲۶ بر روی یک تقسیم کار دقیق بین این دو تکنیک به ثبات رسیده است. توسعه‌دهندگان بازی برای صرفه‌جویی در پهنای باند و کاهش تاخیر درک شده، اشیاء فیزیکی قابل پیش‌بینی مانند نارنجک‌های پرتاب شده یا پلتفرم‌های متحرک را برون‌یابی می‌کنند. اما برای حرکت فرکانس بالا و غیرقابل پیش‌بینی یک حریف انسانی، آن‌ها به شدت از درون‌یابی استفاده می‌کنند. تاخیر بصری اجباری ۲۰ تا ۵۰ میلی‌ثانیه‌ای، بهای ضروری برای حقیقت مکانیکی است و تضمین می‌کند که وقتی بازیکن ماشه را می‌کشد، هدف دقیقا همان جایی است که صفحه نمایش ادعا می‌کند.