Networked Graphics: Building Networked Games and Virtual Environments

Networked Graphics: Building Networked Games and Virtual Environments......Page 4
Copyright Page......Page 5
Contents......Page 6
PART I: GROUNDWORK......Page 14
CHAPTER 1 Introduction......Page 16
1.1 What are NVEs and NGs?......Page 17
1.2 The Illusion of a Shared Virtual Environment......Page 18
1.3 Some History......Page 20
1.3.1 Internet......Page 21
1.3.2 Simulators......Page 28
1.3.3 Multiuser Dungeons (MUDs)......Page 32
1.3.4 Electronic Games......Page 35
1.3.5 Virtual Reality Systems......Page 40
1.3.6 MMORPGs......Page 43
1.3.7 Social Spaces......Page 46
1.4 Scoping the Software Architecture......Page 49
1.4.1 Software Roles and Responsibilities......Page 51
1.4.2 Differences to Other Network Code......Page 52
1.5 Structure......Page 53
2.1 Boids......Page 58
2.1.1 Boid Rules......Page 59
2.1.2 Standalone Implementation......Page 61
2.2 Distributed Boids: Concepts......Page 62
2.3.1 Revised Simulation and Data Model......Page 66
2.3.2 Network Concepts......Page 68
2.3.4 Implementation of the Network Component......Page 69
2.3.5 Sending UDP Data Packets......Page 71
2.3.6 Sending TCP Data Streams......Page 75
2.4 Reflection......Page 78
3.1 The Internet......Page 84
3.2 Application Layer......Page 88
3.2.1 Application Layer Protocols......Page 89
3.2.2 Application QoS......Page 90
3.2.3 Common Applications and Ports......Page 91
3.2.5 DNS......Page 93
3.2.6 Telnet and HTTP......Page 95
3.3 Transport Layer......Page 96
3.3.1 Implementing UDP......Page 97
3.3.2 Basics of TCP......Page 100
3.3.3 Reliability in TCP......Page 102
3.3.4 Opening and Closing TCP Connections......Page 109
3.3.5 Flow Control and Congestion Avoidance in TCP......Page 112
3.4 Network Layer......Page 114
3.4.1 Network Address Translation......Page 116
3.4.2 IP Packets......Page 117
3.4.3 Ping, Traceroute and ICMP......Page 122
3.4.5 DHCP......Page 125
3.5 Link and Physical Layer......Page 126
3.5.1 Ethernet......Page 128
3.6 Further Network Facilities......Page 129
3.6.1 Multicast......Page 130
3.6.2 Network QoS......Page 131
3.7 Summary......Page 134
CHAPTER 4 More Than Two......Page 138
4.1.1 Architecture......Page 139
4.1.2 Protocol......Page 140
4.1.3 Codebase Refactoring......Page 141
4.2 Simple Peer to Peer......Page 143
4.2.1 System Architecture......Page 144
4.2.2 Data Model......Page 145
4.2.3 Network......Page 147
4.2.4 Protocol......Page 148
4.3 Peer to Peer with Master......Page 151
4.3.1 System Architecture......Page 152
4.3.2 Datamodel......Page 153
4.3.4 Protocol......Page 155
4.4 Peer to Peer with Rendezvous Server......Page 159
4.4.1 System Architecture......Page 161
4.4.3 Network......Page 162
4.4.4 Protocol......Page 163
4.5 Client/Server......Page 165
4.5.1 System Architecture......Page 166
4.5.2 Datamodel......Page 167
4.5.3 Network......Page 168
4.5.4 Protocol......Page 169
4.6 Multicast......Page 171
4.6.1 System Architecture......Page 173
4.6.2 Datamodel......Page 174
4.6.3 Network......Page 175
4.6.4 Protocol......Page 177
4.7.2 Network Compensation......Page 179
4.8 Conclusions......Page 180
PART II: FOUNDATIONS......Page 182
5.1 Architecture of the Individual System......Page 184
5.1.1 Engines and Engine Framework......Page 186
5.1.3 Content......Page 190
5.1.4 Behavior......Page 191
5.2 Role of the Network......Page 192
5.2.1 Device I/O Sharing......Page 193
5.2.2 Data Model Sharing......Page 194
5.2.3 Command/Event Streaming......Page 195
5.3 Initialization......Page 197
5.3.1 Case Study: Disney's Toontown......Page 198
5.4 Server and Peer Responsibilities......Page 199
5.5 Critical and Noncritical......Page 201
5.6 Synchronized or Unsynchronized......Page 202
5.8 Persistency......Page 203
5.9 Latency and Bandwidth......Page 204
5.10 Conclusions......Page 205
6.1 Role of Middleware......Page 208
6.2.1 Main Functions......Page 209
6.2.2 Name Helper Functions and Options......Page 212
6.2.3 Network Byte Order......Page 214
6.2.4 Examples......Page 215
6.2.6 Windows......Page 220
6.2.7 Synchronous I/O......Page 221
6.3 C and C++ Middleware for Networking......Page 223
6.3.2 SDL_Net......Page 224
6.3.3 ACE......Page 226
6.4 Conclusion......Page 228
7.1 Message-Based Systems......Page 230
7.2 DIS......Page 231
7.2.1 PDUs......Page 232
7.3 X3D and DIS......Page 233
7.3.1 Basics of X3D......Page 235
7.3.2 Dataflow and Animation......Page 237
7.3.3 Scripting and Interfaces......Page 240
7.3.4 VRML/X3D Networking Strategies......Page 245
7.3.5 X3D and DIS......Page 248
7.4 X3D, HawkNL and DIS......Page 250
7.4.2 Receiving DIS Packets......Page 251
7.5 Conclusions......Page 254
8.1 Object-Sharing Systems......Page 260
8.2 RakNet......Page 263
8.2.1 Object Lifecycles......Page 264
8.3 Boids using Object-Sharing......Page 265
8.3.1 Boid Definitions......Page 266
8.3.2 Main Application......Page 273
8.4.1 Sharing Policy......Page 277
8.4.2 Visibility and Sampling Rates......Page 278
8.5 Ownership......Page 279
8.6 Scene-Graphs, Object-Sharing and Messages......Page 284
8.7 Conclusions......Page 286
9.1 Remote Method Call......Page 288
9.1.1 RPC......Page 289
9.1.2 XML-RPC, etc.......Page 297
9.1.3 CORBA......Page 298
9.1.4 Discussion......Page 300
9.2.1 DIVE Overview......Page 301
9.2.2 DIVE Entities......Page 304
9.2.3 Events......Page 310
9.2.4 Scripting and Event Scoping......Page 312
9.2.5 Networking......Page 314
9.2.6 Discussion......Page 315
9.3 System Architectures......Page 316
9.4 Conclusions......Page 319
PART III: REAL SYSTEMS......Page 324
CHAPTER 10 Requirements......Page 326
10.1 Consistency......Page 327
10.1.1 System Perspective......Page 328
10.1.2 Plausibility and Fairness......Page 329
10.1.3 Consistency-Throughput Tradeoff......Page 331
10.2.1 Sources of Network Latency......Page 332
10.2.2 Jitter......Page 334
10.2.3 Clocks and Measurement of Latency and Jitter......Page 337
10.2.4 User Tolerance......Page 339
10.2.5 Latency Impact in Specific Systems......Page 342
10.3 Bandwidth......Page 343
10.3.2 Traffic Patterns......Page 344
10.3.3 Congestion......Page 349
10.4 State of the Internet......Page 350
10.5.1 NAT......Page 353
10.6 Case Study: Burnout™ Paradise......Page 356
10.6.1 Car "Mechanics"......Page 357
10.6.2 Game Phases and Time Synchronization......Page 358
10.6.3 Game Hosting and Peer-to-Peer Networking......Page 360
10.7 Conclusions......Page 361
11.1 Latency Impact......Page 368
11.2.1 Dumb Client......Page 372
11.3 Conservative Simulations......Page 373
11.4 Time......Page 375
11.5 Optimistic Algorithms......Page 378
11.6 Client Predict Ahead......Page 380
11.7.1 Basic Dead-Reckoning......Page 384
11.7.2 Dead-Reckoning Variants......Page 389
11.8 Interpolation, Playout Delays and Local Lag......Page 391
11.9 Local Perception Filters......Page 396
11.10 Revealing Latency......Page 400
11.11 Conclusions......Page 401
CHAPTER 12 Scalability......Page 406
12.1.1 Awareness......Page 407
12.1.2 Cohorts, Groups and Service Architecture......Page 409
12.2 Overview of Interest Management......Page 412
12.3 Spatial Models......Page 416
12.3.1 Zone Models......Page 417
12.3.2 Dynamic Spatial Models......Page 419
12.3.3 Visibility Models......Page 421
12.4.1 Interest Expressions......Page 424
12.4.2 Interest Management......Page 426
12.4.3 Examples of Distributed Interest Management......Page 428
12.5.1 Message Routing and Message Filtering......Page 431
12.5.2 Filtering as a Pipeline......Page 433
12.5.3 Routing and Filtering Examples......Page 434
12.5.4 Delegating Group Communication to the Network Layer......Page 436
12.6 Server Partitioning......Page 437
12.6.1 Server Tasks and Static Partitionings......Page 438
12.6.2 Seams and Handovers......Page 441
12.6.3 Load Balancing and Dynamic Partitioning......Page 443
12.7.1 Reflectors and Tunnels......Page 447
12.7.2 Automatic Overlay Multicast......Page 448
12.7.3 Gossiping for Peer-to-Peer Communications......Page 449
12.8 Peer to Peer......Page 450
12.8.1 Unstructured Peer-to-Peer Systems......Page 451
12.8.2 Structured Peer-to-Peer Systems......Page 452
12.8.3 Peer-to-Peer Support Using DHTs......Page 455
12.8.4 Local Interest Systems......Page 456
12.8.5 Update-Free Regions and Frontier Sets......Page 459
12.9 Conclusions......Page 462
13.1 Security and Cheating......Page 472
13.1.1 Client-Side Attacks......Page 474
13.1.2 Network Level......Page 476
13.1.4 Social......Page 478
13.1.5 Repercussions......Page 479
13.2.1 Binary Encodings......Page 480
13.2.2 Compression......Page 481
13.3.1 Audio and Video......Page 483
13.3.2 Geometry and Animation......Page 486
13.3.3 Mixing and Grouping......Page 489
13.4 Revisiting the Protocol Decision......Page 490
13.5 Persistent and Tiered Services......Page 491
13.6.1 Multidisplay Systems......Page 492
13.7 Thin Clients......Page 495
13.8 Conclusions......Page 496
A......Page 502
B......Page 504
C......Page 505
D......Page 508
E......Page 510
F......Page 512
G......Page 513
H......Page 514
I......Page 515
L......Page 516
M......Page 518
N......Page 520
P......Page 522
R......Page 525
S......Page 528
T......Page 531
U......Page 532
V......Page 533
W......Page 534
Z......Page 535