晓查 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI
自第一款FPS游戏《德国总部3D》问世以来，这类游戏受到了广泛的赞誉，创新的玩法层出不穷，如“吃鸡”。
△ 第一款FPS游戏《德国总部3D》
但是你知道游戏中的子弹是怎么飞的吗？
早期，它与现实世界中的子弹完全不同，许多玩家合理地使用了这个bug，比如CS中的狙击手。
伴随着PC计算能力的提高，子弹的算法也在不断进步，弹道的效果也越来越真实。
最近的软件工程师Tristan Jung在游戏论坛上总结了FPS游戏的一些子弹轨迹算法。让我们来看看过去20年来FPS游戏的变化。
挡住射线的人都会死
早期的FPS游戏使用“光投射”（ray casting）该技术，用枪口发射的射线来确定子弹的轨迹。光投射可以确定与光交叉的第一个对象。
这种算法在FPS中被称为“命中扫描”（hitscan），当您扣下扳机时，物理发动机会计算以下事项：
- 枪口指的方向；
- 从枪口射出一束射线，直到达到规定的范围，如碰墙；
- 确定光投射路径上的光是否撞击物体。
如果发动机发现你的物体挡住了子弹的路径，则通知系统物体被击中。
△ 方块挡在子弹A射向B的路径上，发动机告诉方块已经被击中
hitscan的核心很简单，物体被子弹击中后的下一个逻辑是什么，可以根据游戏要求来定义：
1、如果允许子弹穿透，它将穿透路线上的所有物体；
2、消除最大射线范围后，激光可以一直发射到命中物体；
3、将某些表面设置为反射性，可以弹开子弹。
使用hitscan算法最大的优点是计算简单快捷，不需要额外的内存或处理时间就可以构建新的物理对象。这也意味着在多人游戏中，所需的网络资源最少。
因此，业内很多游戏都把hitscan作为射击算法也就不足为奇了。
不仅采用了《德军总部3D》、《毁灭战士》等经典游戏，近年来也采用了一些热门游戏。比如《守望先锋》、使命召唤中的一些武器是hitscan算法。
但是hitscan还是有一些缺陷的。
首先，子弹的速度是无限的，比光速快，并立即到达被击中的物体。即使你远离目标，只要你开枪，对手就会死在准星上。
△ 扣动扳机和目标上的火同时出现，说明子弹瞬间击中
其次，子弹的路径是直线，不考虑风向、重力等因素。即使路径在建模过程中改为曲线，子弹射出后路径也无法改变。
为使射击游戏更加真实，需要使用另一种方法。
在子弹上加弹道
这个算法听起来很花哨，但实际上很简单。
武器射出的每颗子弹都会在环境中创造一个新的物理对象，有自己的质量、速度和发动机计算的命中框。
因为每个弹丸都是独立存在的，所以风、摩擦、重力和温度都可以考虑。子弹上的任何力都会改变它的方向。
而且子弹不会在此算法下瞬间移动，还可以实现以下功能：
1、有些游戏有“子弹时间”的特效；
2、如果长距离狙击移动目标，需要提前估计移动目标；
3、实现榴弹等爆炸物的延迟爆炸。
然而，在进行多人游戏时，服务器需要做更多的计算，以确保所有对象同步，并必须解决不同客户和玩家之间的差异或冲突，以免给玩家带来不一致的体验。
一种方法是在游戏时间前加载物体的“池”，必要时“弯曲并启用”它们。一旦撞击物体表面，回收物体并保存以备将来使用。
该方法将降低反复创建和销毁对象的计算和内存成本。
至于游戏时间的同步，有很多计算方法:
1、时间是与渲染分开计算的。即使有跳帧，游戏也能准确地表示对象。这种方法需要计算上次渲染后的确切时间。
2、计算每帧时间，将物理引擎绑定到帧速率。如果禁止帧速率上限或开始丢失帧，则会看到加速或卡住的效果。
此外，当子弹速度足够快时，该算法可能会遇到物体“相互穿透”，尽管它们从未在引擎中重叠过。
混合系统
有没有办法结合上述两种方法的优点？答案是肯定的。
最简单的方法是用不同的引擎使用不同的武器。
大多数FPS游戏引擎可以处理两种子弹模拟。这样，你就可以选择拥有各种各样的武器。《侠盗猎车手》和《半条命》都有武器可以支持两种物理类型。
例如，光环中的突击步枪使用命中扫描引擎，而刺针枪使用子弹弹道模型。
游戏开发人员还可以使用两种技术来弥补每个系统的弱点，从而提供更现实的体验。
例如，为了解决物体从弹道相互穿透的问题，可以在发动机的每一刻绘制子弹射线，看看射线是否会相交。
为了增强游戏的功能，还可以混合两种算法。
狙击精英系列就是一个很好的例子。扣动扳机后，发动机将使用hitscan来确定子弹是否足够接近目标以触发慢动作。如果结果是true，发动机将在子弹时间内计算弹道。
参考链接：https://www.gamasutra.com/blogs/TristanJung/20191206/355250/How_Do_Bullets_Work_in_Video_Games.php
