Phát Hiện Va Chạm Trong Game MMORPG

Từ trước đến nay tôi luôn cho rằng việc áp dụng phát hiện va chạm đa giác trong game MMORPG là một ý tưởng không mấy thông minh. Tuy nhiên, sự “ngây thơ” này lại mang đến lợi thế đáng kể về mặt hiệu quả triển khai. Phương pháp kiểm tra va chạm đa giác một khung hình một lần không chỉ tuân thủ nguyên tắc KISS (Keep It Simple, Stupid) mà còn dễ dàng thực hiện với kiến thức toán học cơ bản và kỹ năng lập trình trung bình. Tại phía client, chúng ta chỉ cần kiểm tra va chạm cho nhân vật chính, kết hợp với mô hình va chạm đơn giản hóa để giảm tải tính toán.

Tuy nhiên, khi triển khai lên server, khối lượng tính toán sẽ tăng lên đáng kể. Chính vì vậy vài ngày nay tôi đang tìm kiếm giải pháp tối ưu hơn.

Theo chia sẻ từ đồng nghiệp từng nghiên cứu mã nguồn, tựa game Lineage II sử dụng động cơ Unreal2 đã áp dụng phương pháp chia ô lưới (grid-based) để phát hiện va chạm. Đây là giải pháp cổ điển được kế thừa từ thời game 2D, tuy đơn giản đến mức “quê mùa” nhưng lại cực kỳ hiệu quả. Hầu hết các sản phẩm game thương mại của công ty chúng tôi đều sử dụng phương pháp này, chứng tỏ tính thực tiễn của nó.

Trong trường hợp của World of Warcraft, cách tiếp cận có phần khác biệt. Có lẽ do quy mô bản đồ quá lớn, việc lưu trữ thông tin cản trở dưới dạng bitmap sẽ tiêu tốn lượng bộ nhớ khổng lồ. Ngay cả khi phần lớn dữ liệu đó không được truy cập thường xuyên, không gian địa chỉ bị chiếm dụng vẫn rất đáng kể. Theo tìm hiểu, phiên bản đầu tiên của WoW đã không thực hiện kiểm tra va chạm ở server, điều này lý giải vì sao các phần mềm gian lận có thể cho phép nhân vật “bay nhảy tự do” trong game.

Về vấn đề nén dữ liệu va chạm, với các bản đồ liên tục cỡ lớn như WoW, việc sử dụng cấu trúc dữ liệu cây tứ phân (quadtree) sẽ mang lại hiệu quả cao. Gần đây tôi đang thử nghiệm một phương pháp mới sử dụng nhiều mặt phẳng để mô tả thông tin bản đồ, trong đó mỗi mặt phẳng chứa các đoạn thẳng và hình tròn tạo thành đồ họa vector (về sau khi lập trình thực tế, tôi lược bỏ phần hình tròn để đơn giản hóa).

Giải pháp vector hóa này giúp giảm khối lượng dữ liệu xuống tới vài bậc độ lớn so với bitmap truyền thống. Với mức độ phức tạp tính toán mỗi lần không tăng đáng kể, tổng tải trọng hệ thống sẽ được giảm nhẹ đáng kể. Cụ thể, khi một đối tượng di chuyển với vận tốc xác định, hệ thống sẽ phát ra một tia từ điểm xuất phát, tính toán khoảng cách va chạm gần nhất với chướng ngại vật (thường là đoạn thẳng) và ước lượng thời gian tiếp xúc. Một bộ đếm thời gian sẽ kích hoạt xử lý khi đến ngưỡng.

Việc tính toán khoảng cách này không yêu cầu độ chính xác tuyệt đối, chỉ cần đảm bảo giá trị ước lượng nhỏ hơn hoặc bằng khoảng cách thực tế. Thay vì giải phương trình phức tạp để tìm giao điểm chính xác giữa tia và đoạn thẳng/hình tròn, chúng ta có thể sử dụng phương pháp hình chữ nhật bao ngoài (bounding box) để kiểm tra va chạm sơ bộ. Khi phát hiện khả năng va chạm, chỉ cần tính toán khoảng cách dựa trên vận tốc tiếp cận theo trục X và Y là đủ.

Phương pháp tiếp cận từng bước này đặc biệt hiệu quả trong môi trường ít chướng ngại vật. Ngoài ra, việc sử dụng bản đồ vector còn mở ra tiềm năng lớn cho thuật toán tìm đường (pathfinding), tuy nhiên tôi xin phép chưa triển khai phần này trong giai đoạn hiện tại :D