2022N.GAME網易遊戲开發者峰會於「4月18日-4月21日」舉辦，在技術驅動場，網易互娛引擎部技術專家許飛分享了服務器動畫性能優化的相關幹貨。

以下爲許飛的分享內容，爲方便閱讀，有部分刪減與調整：

01

服務器動畫的意義與現狀

首先進入第一部分。很多有經驗的开發者可能會有疑問：服務器需要跑動畫嗎？這是一個好問題，因爲現在大多數遊戲的服務器都沒有跑動畫。在傳統觀點中，動畫和渲染特效一樣屬於表現層次，只要客戶端看就可以了。

有限的幾種需要動畫參與的邏輯，比如打擊部位的判定，服務器不跑但客戶端還是有動畫。我們讓客戶端判斷，然後把結果發送給服務端，也能實現一樣的效果，這是以前常見的做法。

需要提出的是，這一方法需要建立在網絡必須可信任的前提下，但實際的網絡環境並非如此——Peter Steiner在1993年發布於紐約客上的一副圖畫，被認爲揭示了互聯網環境的復雜性，它給遊戲开發者造成了很大的挑战。

例如在競技遊戲中，外掛可能會對遊戲的公平性造成毀滅性打擊。反外掛的一個有效方法叫做服務器權威，簡單介紹下思路：外掛會通過劫持遊戲客戶端來實現一些非法操作，但服務器所在的機房經過嚴密保護，一般很難被劫持。

如果我們把關鍵邏輯放在服務器上，僅僅把客戶端作爲指令輸入者，就可以防止大部分外掛的操作。那爲什么現在大多數遊戲沒有選擇這種做法？這涉及到很多現實問題，例如遊戲各種不同系統的开銷，包括數據量的大小、更新頻率的高低等。

我們可以看到，很早期的服務器其實只會保存等級之類的信息。發展一段時間之後，服務器就可以保存裝備、技能等信息。而在動畫方面，它需要的數據量和更新頻率都很龐大，這對算力的要求十分高。

簡單來說，如果我們在沒有優化的情況下把動畫從客戶端挪到服務器，會導致服務器直接跑不起來。基於這樣尷尬的現實，很多遊戲都沒有在服務器开啓動畫。

那隨着技術的發展，是否存在讓服務器搭載動畫變成可能呢？我們收集了一段時間來服務器每條线程的成本，其中2007年、2016年和2020年的比較典型，同時這三年也誕生出三款典型的射擊遊戲。

從2007年到2016年，我們服務器單线程的成本大概降到了原來的1/3，2016年到2020年的成本更是降到了原來的1/2。2007年《穿越火线》發布，它的服務器幾乎沒有跑任何動畫相關的東西，2016年的《守望先鋒》跑了一部分。而2020年發布的《瓦羅蘭特》，它的服務器是完全跑動畫的。

什么意思呢？它會完全計算角色在服務器上的狀態。此前，該款遊戲的主程在分享中也明確說到，他們這樣做就是爲了反外掛。因爲服務器只有有了非常全面的動畫信息，判定受擊時才不至於被客戶端的外掛所欺騙。

我們也相信，隨着技術發展，服務器動畫的邏輯執行程度會越來越高。

02

服務器動畫

常見優化方向與方案

既然要在服務器跑動畫，就需要優化它的動畫开銷。其組成部分包括條件更新、狀態更新和姿態更新。一個動畫系統其實可以理解爲：這個系統接收外界輸入、更新內部狀態，最後計算出模型姿態。

首先是輸入部分，一般爲角色速度或者角色狀態——當前是釋放技能還是做其他動作。動畫狀態，比如角色的速度變化，可能從一個靜止狀態變成一個跑動狀態，或者說從跑到跳的狀態變化。最後再由這些狀態計算出角色姿態，姿態就是美術K幀計算出角色最終的樣子。

根據數據量和更新頻率兩方面計算，這三部分中开銷最大的是姿態部分。因爲每個角色的骨骼都有朝向、旋轉和位置等衆多屬性，並且幾乎每幀都在變化。

目前，業界常見的優化方式也正是針對這一塊進行的。其中最簡單最直接了當的即LOD，它主要減少了動畫的數據量。例如去除對服務器判斷受擊沒有任何作用的骨骼，一般可以減少20%-30%的开銷。

除了減少數據量之外，我們還可以減少數據的更新頻率。基於事件的姿態更新就是在減少姿態計算頻率，例如《瓦羅蘭特》就採用了這一技術。

簡單來說，只有在角色被擊中的瞬間，才會計算模型姿態，這種優化極大地降低了姿態更新頻率，可以把开銷從84%直接降到9%。做到這一步，你就可以在服務器上來跑動畫了。可能還會有一定开銷，但不至於完全跑不起來。

03

如何優化復雜的動畫狀態機

把姿態更新的开銷降下來後，亟需解決的則是動畫狀態的更新。如果一個角色有很多復雜的動畫邏輯，狀態機情況就會非常復雜，其开銷甚至會超過11%。接下來，我們將着重講述如何優化復雜的狀態機。

我們先看一下狀態機是什么樣子。以UE爲例，其中有走、跑、跳等等狀態。例如從起跳到落地的狀態過程，大概可分成三部分：第一部分，Find_Transitions，角色從當前狀態來找一個可能的跳轉條件；第二部分，如果這個條件爲真，執行跳轉；第三部分，兩種狀態之間可能會有的一些過渡。

我們再看看如何優化。首先是優化狀態過渡，以上述Locomotion爲例，至少有兩種過渡模式：

一種是角色上一個狀態權重逐漸降低，下一個狀態權重逐漸升高，其權重就會出現一個交叉，我們稱之爲Cross Fade。在此過渡過程中，它的兩個狀態權重都不爲0，所以必須更新這兩種狀態。另外，如果兩個狀態中間又嵌套了別的狀態機，也一定都要更新；

第二種方式，有的引擎稱它爲Immediate模式或者Inertialization模式。簡單解釋下：假如角色還在空中跳，下一刻要落地，該怎么辦？我把空中跳的狀態拍個快照，直接不再更新它，接下來下一個狀態的權重逐漸從0升到1。通過這種方式，我們只需要更新下一個狀態。

基於這些優化，狀態更新的开銷大概能降低10%左右。那在尋找一個可能跳轉的條件情況下，我們又該怎樣優化？還是以從空中到落地這段時間爲例，“如何決定下一步是否需要着陸”這個條件有兩種寫法：

第一種是直接接受了一個Bool值；第二種通過大於小於表達式判斷角色速度是否發生變化，再來決定是否跳轉。根據UE官方提示，這兩種方法的效率大概會相差10倍。原因在於，前者直接使用Bool值來判斷，會編譯成本地代碼；後者編譯的是虛擬機代碼，經過藍圖虛擬機來執行才能判斷結果。

需要提出的是，相比之下，Python、lua這樣的非本地代碼，性能本來就低。而過多使用非本地化語言寫條件，也會給狀態機更新造成很大的性能开銷。當然，我們也可以通過人工將這部分判斷轉換成本地化代碼。

而在UE中，开發者可以使用Nativization等工具自動將藍圖代碼轉換成本地化代碼。對於動畫狀態機而言，這其實會帶來10%左右的性能提升。那還有沒有更有效的優化方法呢？這就要在狀態跳轉環節下功夫了。

通過進一步分析，我們發現跳轉條件也分爲兩類：一類是依賴玩家輸入；另一類是依賴動畫播放進度。我們可以優化前者的更新頻率，因爲玩家輸入頻率不高，可以直接省掉更新。具體可以通過在UE藍圖中進行人工標注標明可優化的跳轉信息。

在藍圖編譯時，利用這些標注會更容易插入優化代碼，這樣最後生成的代碼就是優化後的代碼。經過測試，大概會有70%的提升。

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服務器動畫展望

總而言之，雖然現在真正應用服務器動畫的遊戲並不多，但按照當前的發展趨勢，這會是一個比較有前景的領域。它可以提供更公平的聯機環境、實現更細致的交互。現在行業所提出的雲遊戲、元宇宙等，很難想象會沒有動畫，這也是服務器性能優化當下及未來的陣地。

網易遊戲2022N.GAME峰會已結束，點擊“閱讀原文”即可查看回放。

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