CN111951366B - 一种云原生3d场景游戏方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种云原生3D场景游戏方法和系统，所述方法包括：一个或多个用户通过游戏客户端向云服务器端发起游戏请求，所述云服务器端根据一个或多个用户的游戏请求创建并启动一个对应的游戏进程，所述游戏进程同时处理一个或多个用户的游戏数据。所述系统包括客户端和云服务器端，所述云服务器端用于为多个用户创建一个游戏进程。本发明的有益效果为：通过一个游戏进程处理多个用户的游戏数据，在一个游戏进程中同时控制多个虚拟摄像机为不同的用户生成相应的游戏画面。尤其在用户数量较多的情况下，本发明采用的方法能够明显的降低对服务器资源的消耗和减少服务器数量，同时能保证游戏画面的流畅性和提高用户体验感以及提升不同用户间交互流畅度。

Description

一种云原生3D场景游戏方法和系统
技术领域
本发明涉及云游戏技术领域，具体而言，涉及一种云原生3D场景游戏方法和系统。
背景技术
现有的云游戏云端服务使用的是虚拟机技术，一台云服务器为多个用户提供游戏服务时，通常是在云端服务器运行多个虚拟机，在各个虚拟机里面启游戏，属于多个进程，分别接受操控指令分别处理。数据传输为实时视频流传输，对云服务器的GPU、CPU和内存消耗大，而且每增加一个用户，云服务器的资源消耗将成倍增加。而且，单个云服务器支持的用户数量少，对于多用户的解决方式是通过增加服务器的数量，随着与用户数量的增加，造硬件成本也相应的增加。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种通过在云服务器端创建一个游戏进程为多个客户端同时提供游戏服务。
为实现上述目的，本发明提供了一种云原生3D场景渲染游戏方法，所述方法包括：一个或多个用户通过游戏客户端向云服务器端发起游戏请求，所述云服务器端根据一个或多个用户的游戏请求创建并启动一个对应的游戏进程，所述游戏进程同时处理一个或多个用户的游戏数据。
作为本发明进一步的改进，在所述游戏进程中，处理过程包括：
获取当前N个用户的指令数据；
根据N个指令数据生成当前指令下的游戏控制数据；
通过所述游戏控制数据获取当前指令下每个用户相应的游戏数据，并对获取的每个用户相应的游戏数据分别进行渲染；
将渲染得到的游戏画面分别发送至相应的用户。
作为本发明进一步的改进，进程启动后，在游戏初始化阶段，游戏引擎根据用户数量创建相应数量的虚拟摄像机，每个用户对应一个虚拟摄像机。
作为本发明进一步的改进，所述游戏控制数据控制不同用户对应的虚拟摄像机获取用户当前操作下的游戏画面。
作为本发明进一步的改进，N个用户相应的游戏数据均渲染完成后，对所有用户相应的渲染后的游戏画面进行拼接，使其形成一个完成的画面，获取所述画面并对其进行格式转化和画面切分，切分形成的画面为每个用户对应的游戏画面。
作为本发明进一步的改进，所述处理过程还包括游戏音频数据实时处理，包括：在游戏进程中，为每个用户分别分配一个声音监听器，每个用户对应的声音监听器为其对应的用户生成音频数据流，并将生成的音频数据流发送至对应用户。
作为本发明进一步的改进，渲染程序对所述游戏数据进行渲染时，多个虚拟摄像机共享一份模型管理器和纹理管理器。
作为本发明进一步的改进，渲染程序对所述游戏数据进行渲染时，每个虚拟摄像机分配单独的工作线程或使用统一的线程池调度。
作为本发明进一步的改进，渲染程序对所述游戏数据进行渲染时，建立多个虚拟摄像机之间的相对位置关系，基于所述相对位置关系对不同虚拟摄像机的渲染数据进行复用。
本发明还提供了一种云原生3D场景渲染游戏系统，该系统包括客户端和云服务器端，一个所述云服务器端为多个所述客户端提供服务；
所述客户端用于获取用户的操作数据并将所述操作数据发送至所述云服务器端，以及接收所述云服务器端发送的游戏画面并显示游戏画面；
所述云服务器端用于为多个用户创建一个游戏进程，接收所述多个客户端发送的操作数据，并根据所述操作数据为每个用户生成当前操作下的游戏画面，并将所述游戏画面发送至相应用户的客户端。
作为本发明进一步的改进，所述客户端包括数据转化和发送单元，所述数据转化和发送单元将用户操作转换为指令数据，并将所述指令数据发送至所述云服务器端。
作为本发明进一步的改进，所述云服务器端将为每个用户生成的游戏画面编码后发送至相应用户的客户端，客户端接收所述云服务器端发送的编码后的游戏画面，并将编码后的游戏画面解码并显示。
作为本发明进一步的改进，所述多个客户端和所述云服务器之间采用5G 网络传输数据。
作为本发明进一步的改进，客户端获取操作信号包括使用控制手柄、键盘、鼠标和屏幕触控中的一种。
作为本发明进一步的改进，客户端的运行平台为Windows、Linux、android 和ios中的一种或多种。
作为本发明进一步的改进，客户端接收的游戏画面通过手机、平板、PC、网络智能电视和投影仪中的一种或多种显示。
本发明的有益效果为：通过一个游戏进程处理多个用户的游戏数据，在一个游戏进程中同时控制多个虚拟摄像机为不同的用户生成相应的游戏画面。尤其在用户数量较多的情况下，本发明采用的方法能够明显的降低对服务器资源的消耗和减少服务器数量，同时能保证游戏画面的流畅性和提高用户体验感以及提升不同用户间交互流畅度。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种云原生3D场景渲染游戏方法的方法流程图；
图2为本发明实施例所述的一种云原生3D场景渲染游戏系统的数据处理流程图；
图3为本发明实施例所述的一种云原生3D场景渲染游戏系统的结构示意图；
图4为本发明实施例所述的一种云原生3D场景渲染游戏系统的系统架构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对发明开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明的描述中，所用术语仅用于说明目的，并非旨在限制本公开的范围。术语“包括”和/或“包含”用于指定元件、步骤、操作和/或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他元件、步骤、操作和/或组件的情况。术语“第一”、“第二”等可能用于描述各种元件，不代表顺序，且不对这些元件起限定作用。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个及两个以上。这些术语仅用于区分一个元素和另一个元素。结合以下附图，这些和/或其他方面变得显而易见，并且，本领域普通技术人员更容易理解关于本发明实施例的说明。附图仅出于说明的目的用来描绘本公开实施例。本领域技术人员将很容易地从以下说明中认识到，在不背离本公开原理的情况下，可以采用本发明所示结构和方法的替代实施例。
本发明实施例的一种云原生3D场景渲染游戏方法，如图1-2所示，包括：一个或多个用户通过游戏客户端向云服务器端发起游戏请求，所述云服务器端根据一个或多个用户的游戏请求创建并启动一个对应的游戏进程，所述游戏进程同时处理一个或多个用户的游戏数据。
在所述游戏进程中，处理过程包括：
获取当前N个用户的指令数据；
根据N个指令数据生成当前指令下的游戏控制数据；
游戏控制数据获取当前指令下每个用户相应的游戏数据，并对获取的每个用户相应的游戏数据分别进行渲染；
将渲染得到的游戏画面分别发送至相应的用户。
游戏进程实时获取各用户的操作指令数据，并通过各用户当前的指令数据为其生成当前指令数据下的一帧游戏画面，各用户的游戏画面通过渲染、压缩编码处理后即时的通过网络传送至用户的客户端显示。使得用户操作与画面显示具有即时交互性。
一种可选的实施方式，进程启动后，在游戏初始化阶段，游戏程序根据用户数量创建相应数量的虚拟摄像机，每个用户对应一个虚拟摄像机，虚拟摄像机用于获取对应用户的游戏画面，并通过调用渲染程序对游戏画面进行渲染。
其中，游戏控制数据的控制包括对虚拟摄像机在游戏场景中位置(获取用户在游戏场景中位置和视角)的控制和对所获取的游戏画面的渲染结果的控制。
为了进一步提高游戏的实时性，避免出现延迟，可对游戏画面的渲染过程进行优化：
一种可选的实施方式，渲染之前，通过剔除屏幕外物体、被遮挡元素和背面的画面，从而减少每一帧游戏画面的渲染量，提交渲染速度。
一种可选的实施方式，渲染时，多个虚拟摄像机共享一份模型管理器和纹理管理器，避免资源的重复加载；每个虚拟摄像机分配单独的工作线程或使用统一的线程池调度，充分利用CPU资源，提高渲染速度。
一种可选的实施方式，建立多个虚拟摄像机之间的相对位置关系，基于所述相对位置关系对不同虚拟摄像机的渲染数据进行复用。复用包括：复用屏幕空间反射渲染结果、复用动态阴影贴图和复用光照结果，提高渲染速度。
一种可选的实施方式，使用静态阴影贴图，对静态光源场景使用静态阴影贴图。
一种可选的实施方式，计算虚拟摄像机的渲染顺序，可以在两个虚拟摄像机视线方向基本平行的条件下，相对位置靠后的虚拟摄像机可以复用前面虚拟摄像机的渲染结果。相似的，前面的虚拟摄像机直接裁剪出后面虚拟摄像机渲染结果中属于自己视野的部分。采用这种方式，条件吻合的情况下，可以减少渲染次数，提高渲染速度。
一种可选的实施方式，渲染后，对所有用户相应的渲染后的游戏画面进行拼接，使其形成一个完成的画面，获取拼接后的画面并转换为RGB32格式，对转化后的画面进行切分，切分是按照拼接前用户相应的游戏画面，每个用户对应的一个切分后的画面，切分后的游戏画面与用户对应的虚拟摄像机获取的游戏画面一致，即该用户当前的游戏画面。通过接管图形API获取渲染后的游戏画面，并将获取的画面重新定向到视频编辑器，便于对游戏画面的进一步处理，如拼接、压缩、切分、发送等操作。
一种可选的实施方式，处理过程还包括游戏音频数据实时处理，包括：在一个游戏进程中，为每个用户分别分配一个声音监听器，每个用户对应的声音监听器为其对应的用户生成音频数据流，并将生成的音频数据流发送至对应用户。具体过程为：为游戏中的多个用户各分配一个声音监听器，当有 3D声源播放时，根据声源和声音监听器的距离和多普勒效应，计算出声音衰减，同时结合声音源数据信息，最终解析生成对应用户能听到的音频数据流，然后将不同数据流分发给对应用户的客户端，用户的客户端最后解析接收到的音频内容，从而听到声音，解决了在多人云游戏中，无法正确接收音频的问题。
本发明实施例的一种云原生3D场景渲染游戏系统，如图3-4所示，该系统包括客户端和云服务器端，一个所述云服务器端为多个所述客户端提供服务；
所述客户端用于获取用户的操作数据并将所述操作数据发送至所述云服务器端，以及接收所述云服务器端发送的游戏画面并显示游戏画面；
所述云服务器端用于为多个用户创建一个游戏进程，接收所述多个客户端发送的操作数据，并根据所述操作数据为每个用户生成该用户当前操作下的游戏画面，并将所述游戏画面发送至相应用户的客户端。
一种可选的实施方式，客户端包括数据转化和发送单元，数据转化和发送单元将用户操作转换为指令数据，并将指令数据发送至云服务器端。
云服务器端将为每个用户生成的游戏画面编码后发送至相应用户的客户端，客户端接收云服务器发送的编码后的游戏画面，并将编码后的游戏画面解码并显示。
一种可选的实施方式，客户端与云服务器端之间例如采用5G网络传输数据。本发明对传输网络不做具体限定，传输网络的选择应满足网络游戏数据传输要求，避免出现网络延迟导致游戏画面不流畅，降低用户体验。
本发明实施例的一种实现过程为：
一个或多个用户通过游戏客户端向云服务器端发起游戏请求，云服务器端根据多个用户的游戏ID创建并启动一个对应的游戏进程。
在游戏初始化阶段，游戏程序根据用户数量在游戏场景中添加相应数量的虚拟摄像机，每个虚拟摄像机对应一个用户，虚拟摄像机看到的游戏画面即为用户需要接收的画面。
初始化完毕，游戏开始，客户端获取用户的操作数据，操作数据经过客户端转化为指令数据后传输至游戏云服务器端，云服务器端根据指令数据生成对应的游戏控制数据，并应用于游戏的控制系统，从而实现用户对游戏的控制。同时产生游戏场景内对应元素的反馈，此时每个虚拟摄像机根据在游戏场景内位置和视角的不同，会看到不同的画面反馈，渲染程序对各虚拟摄像机看到的游戏画面进行渲染，游戏程序首先对渲染出的多个游戏画面进行拼接，使其成一个画面通过显卡显示输出，然后通过hook方式，拦截到dircectX 层的一系列渲染接口，获得画面数据，将获得的画面数据转换成RGB32格式，并对转换后画面数据进行切分并压缩成多个H265视频数据包。且为了减小延迟，修改视频编码器排除B帧，较大的GOP设置来减少I帧的比例，保证每一帧消耗的码率都在一个最大可控的范围内；0延迟设置，保证每输入一帧数据编码器都立刻输出这帧的编码数据，避免编码器缓冲帧数据。切分成每个视频数据包对应一个用户，视频数据包通过网络发送至对应的用户的客户端，客户端通过手机、PAD、PC、网络智能电视或投影仪等终端设备内置的视频解码芯片解码来自网络的视频数据包，并调用客户端系统最底层最快速的视频显示方法显示解码后的视频帧，即游戏画面。
采用本发明所述的游戏系统获取的游戏画面速度可以低至6ms，可保证游戏画面的流畅性和用户操作反馈的即时性，并且几乎不消耗CPU资源，每台云服务器可支持多个用户同时在线。相较于一台服务器仅服务一个用户，或单台服务器支持多路并发游戏的方式，本发明的云原生3D场景游戏系统不需要借助任何虚拟系统及虚拟容器，使用单进程，单次渲染，支持多路输出的方式更节省云服务器的GPU、CPU和内存资源。一台云服务器支持的最大用户数量成倍于采用多进程的并发游戏的用户数量，极大的节省了云服务器的硬件成本。
即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor) 执行本申请各实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U 盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器 (RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本公开的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
此外，本领域普通技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本领域技术人员应理解，尽管已经参考示例性实施例描述了本公开，但是在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种改变并可用等同物替换其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明不限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (9)

1.一种云原生3D场景渲染游戏方法，其特征在于，所述方法包括：
多个用户通过游戏客户端向云服务器端发起游戏请求，
所述云服务器端根据多个用户的游戏请求创建并启动一个对应的游戏进程，所述游戏进程同时处理多个用户的游戏数据；
进程启动后，在游戏初始化阶段，游戏程序根据用户数量创建相应数量的虚拟摄像机，每个用户对应一个虚拟摄像机，所述虚拟摄像机用于获取对应用户的游戏画面，并通过调用渲染程序对游戏画面进行渲染；其中，建立多个虚拟摄像机之间的相对位置关系，基于所述相对位置关系对不同虚拟摄像机的渲染数据进行复用。
2.根据权利要求1所述的云原生3D场景渲染游戏方法，其特征在于，在所述游戏进程中，处理过程包括：
获取当前N个用户的指令数据；
根据N个指令数据生成当前指令下的游戏控制数据；
通过所述游戏控制数据获取当前指令下每个用户相应的游戏数据，并对获取的每个用户相应的游戏数据分别进行渲染；
将渲染得到的游戏画面分别发送至相应的用户。
3.根据权利要求2所述的云原生3D场景渲染游戏方法，其特征在于，游戏控制数据控制不同用户对应的虚拟摄像机获取用户当前操作下的游戏画面。
4.根据权利要求2所述的云原生3D场景渲染游戏方法，其特征在于，N个用户相应的游戏数据均渲染完成后，对所有用户相应的渲染后的游戏画面进行拼接，使其形成一个完成的画面，获取所述画面并对其进行格式转化和画面切分，切分形成的画面即为每个用户对应的游戏画面。
5.根据权利要求2所述的云原生3D场景渲染游戏方法，其特征在于，所述处理过程还包括游戏音频数据实时处理，包括：在游戏进程中，为每个用户分别分配一个声音监听器，每个用户对应的声音监听器为其对应的用户生成音频数据流，并将生成的音频数据流发送至对应用户。
6.一种云原生3D场景渲染游戏系统，其特征在于，所述系统包括客户端和云服务器端，一个所述云服务器端为多个所述客户端提供服务；
所述客户端用于获取用户的操作数据并将所述操作数据发送至所述云服务器端，以及接收所述云服务器端发送的游戏画面并显示游戏画面；
所述云服务器端用于为多个用户创建一个游戏进程，接收所述多个客户端发送的操作数据，并根据所述操作数据为每个用户生成当前操作下的游戏画面，并将所述游戏画面发送至相应用户的客户端；
其中进程启动后，在游戏初始化阶段，游戏程序根据用户数量创建相应数量的虚拟摄像机，每个用户对应一个虚拟摄像机，所述虚拟摄像机用于获取对应用户的游戏画面，并通过调用渲染程序对游戏画面进行渲染；其中，建立多个虚拟摄像机之间的相对位置关系，基于所述相对位置关系对不同虚拟摄像机的渲染数据进行复用。
7.根据权利要求6所述的云原生3D场景渲染游戏系统，其特征在于，所述客户端包括数据转化和发送单元，所述数据转化和发送单元将用户操作转换为指令数据，并将所述指令数据发送至所述云服务器端。
8.根据权利要求6所述的云原生3D场景渲染游戏系统，其特征在于，所述云服务器端将为每个用户生成的游戏画面编码后发送至相应用户的客户端，客户端接收所述云服务器端发送的编码后的游戏画面，并将编码后的游戏画面解码并显示。
9.根据权利要求6所述的云原生3D场景渲染游戏系统，其特征在于，所述多个客户端和所述云服务器端之间采用5G网络传输数据。
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