射击游戏里的子弹是如何飞行的
从第一款FPS游戏《德军总部3D》出现以来 ， 这种类型的游戏广受好评 ， 创新的玩法也层出不穷 ， 比如“吃鸡” 。
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△第一款FPS游戏《德军总部3D》
但是你知道游戏里的子弹是怎么飞行的吗？
早期 ， 它和现实世界中的子弹完全不一样 ， 很多玩家合理地利用了这个bug ， 比如CS里的甩狙 。
随着PC运算能力的提高 ， 子弹的算法也在不断进步 ， 弹道的效果越来越真实 。
最近一位软件工程师TristanJung在游戏论坛上总结了FPS游戏的一些子弹轨迹算法 。 让我们一起来看看FPS游戏这二十多年来发生的变化 。
挡住射线的都会死
早期的FPS游戏都采用一种“光线投射”（raycasting）的技术 ， 用枪口发射出去的射线来确定子弹的轨迹 。 光线投射可以确定与光线相交的第一个对象 。
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在FPS里 ， 这种算法叫做“命中扫描”（hitscan） ， 当你扣下扳机时 ， 物理引擎会计算下面几件事：
枪口所指的方向；
从枪口射出一束射线 ， 直到达到规定的范围 ， 比如碰到墙；
确定光线投射的路径上是否光线是否撞击物体 。
如果引擎发现你有物体挡住了子弹的路径 ， 就是通知系统该物体被击中 。
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△方块挡在了子弹A射向B的路径 ， 引擎告知方块已被击中
hitscan的核心很简单 ， 至于物体被子弹击中后的下一步逻辑是什么 ， 可以根据游戏要求定义：
1、如果允许子弹穿透 ， 那么它将穿透路线上的所有物体；
2、消除最大的射线范围 ， 就可以一直发射出激光 ， 直到命中物体为止；
3、将某些表面设置为具有反射性 ， 可以将子弹弹开 。
使用hitscan算法 ， 最大的好处是计算简单快速 ， 不需要额外的内存或处理时间即可构建新的物理对象 。 这也意味着在多人游戏时 ， 所需的网络资源也最少 。
因此 ， 行业中的许多游戏都将hitscan用作射击算法也就不足为奇了 。
不仅《德军总部3D》和《毁灭战士》这些经典游戏采用 ， 连近年来的一些热门游戏也是 。 比如《守望先锋》、《使命召唤》里的一些武器即是采用hitscan算法 。
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但是hitscan还是存在着一些缺陷 。
首先 ， 子弹的速度是无限的 ， 比光速还快 ， 瞬间到达被击中的物体 。 即使你离目标很远 ， 只要你开枪的一瞬间 ， 对手在准星上 ， 就必死无疑 。
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△扣动扳机和目标上的火光同时出现 ， 说明子弹是瞬间击中
其次 ， 子弹的路径是直线 ， 没有考虑风向、重力等因素 ， 即使在建模的时候把路径改成曲线 ， 但是在子弹射出后也无法更改路径 。
为了让射击游戏更真实 ， 就需要使用另一种方法 。
给子弹加上弹道
这个算法听起来很花哨 ， 其实很简单 。
武器射出的每颗子弹 ， 都会在环境中创建一个新的物理对象 ， 有着自己的质量、速度和引擎要计算的命中框 。
由于每个弹丸都是独立存在的 ， 因此可以考虑风力、摩擦、重力和温度等因素 。 任何作用在子弹上的力都会改变其方向 。
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而且在这种算法下 ， 子弹不会瞬间移动 ， 还可以实现以下功能：
1、在一些游戏中有“子弹时间”特效；
2、如果长距离狙击移动目标 ， 需要提前目标的估计移动量；
3、实现榴弹等爆炸物的延迟爆炸 。
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但是在进行多人游戏时 ， 服务器将需要做更多的计算 ， 来确保所有对象都同步 ， 并且必须解决不同客玩家之间的差异或冲突 ， 以免在同一台服务器上给玩家带来不一致的体验 。
一个方法是 ， 在游戏时间之前加载对象的“池” ， 并在需要时“弯曲并启用”它们 。 一旦撞击到物体表面 ， 就回收这个对象 ， 将其保存以备后用 。
这种方法将减少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 ， 存在着多种计算方法：
1、时间是与渲染分开计算 ， 即使存在跳帧 ， 游戏也能精确地表示对象 。 这种方法需要计算自上次渲染之后经过的确切时间 。
2、计算每一帧的时间 ， 将物理引擎绑定到帧速率 。 如果禁用帧速率上限 ， 或开始丢帧 ， 则会看到加速或卡顿的效果 。
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而且 ， 这种算法在子弹速度足够快时 ， 可能会遇到对象彼此“互穿”的情况 ， 尽管它们在引擎中从未重叠 。
混合系统
有没有办法结合了以上两种方法的优点呢？答案是有的 。
最简单的办法就是不同武器使用不同的引擎 。
大多数FPS游戏引擎可以处理两种类型的子弹模拟 。 这样就可以选择拥有各种各样的武器 。 《侠盗猎车手》和《半条命》等游戏都具有可以支持两种物理类型的武器 。
比如《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 。
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游戏开发人员还可以混合使用两种技术来弥补每个系统的弱点 ， 从而提供更加逼真的体验 。
例如 ， 要解决物体从弹道互穿的问题 ， 可以在引擎的每个时刻上绘制子弹射线 ， 查看射线是否会相交 。
也可以混合两种算法以增强游戏的功能 。
【射击游戏里的子弹是如何飞行的】《狙击精英》系列就是一个很好的例子 。 扣动扳机后 ， 引擎将使用hitscan来确定子弹是否足够靠近目标以触发慢动作 。 如果结果为true ， 引擎将在子弹时间内计算弹道 。
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