Unity3d進階學習（3）-- 遊戲定時器

原創

2020-02-21 00:39

原文：http://forum.china.unity3d.com/thread-28428-1-1.html

0x02 可變增量時間
ok，那我們來看看遊戲引擎的定時器是如何來實現的吧。假設我們手頭沒有一個現成的遊戲引擎，一切都需要自己來實現，那麼一個最簡單的遊戲循環大概就是下面這個樣子的。

double lastTime = Timer.GetTime();
...

while (!quit()){

  double currentTime = Timer.GetTime();
  double frameTime = currentTime - lastTime ;

  UpdateWorld(frameTime);
  RenderWorld();

  lastTime = currentTime;
}

這種實現方式使得增量時間和具體的機器設備相關，並且它每一次的時間增量都不一定相同。
當機器十分快時，引擎可能通過線程休眠來保證固定的FPS。

while(timeout > 0.001 && deltaTime<timeout)
{
    //...休眠後計算新的增量時間
}

所以看上去整個遊戲保證一個大致的更新頻率似乎不難。但是現在問題的關鍵在於每次更新時的時間增量無法保證相同。而在物理模擬中，保證一個固定的增量時間是十分重要的。這是因爲在遊戲引擎進行物理模擬時要使用數值積分，而作爲最簡單的數值積分方法——歐拉法在遊戲引擎中大量使用。

上面就是一個歐拉法的簡單例子。可以看到增量時間是很重要的。而在遊戲引擎的物理模擬中，一個不穩定的增量時間可能導致很多和預期相悖的結果。

由於此時計算的是真實的時間，而真實的增量時間無法保證固定，那換一個思路，我們把參與物理模擬的增量時間當做一個常量可以嗎？換句話說，不論遊戲的更新頻率如何，參與物理模擬的增量時間是一個常數。

0x03 固定增量時間

一個最簡單的固定增量時間的實現，顯然就是將固定的增量時間作爲一個常量參數傳遞給物理模擬模塊，這樣我們就能夠保證物理模擬的增量時間固定，同時還能將物理模擬的更新頻率和遊戲引擎的更新頻率進行解耦——物理的模擬不受引擎的更新頻率影響，無論遊戲的更新頻率是多少，傳遞給物理模擬的增量時間都是一個常量。

這裏還拿Unity引擎來舉例子，默認情況下項目的Fixed Timestep的值爲0.02s。也就是說物理模擬的頻率是50FPS，假設我們的遊戲的更新頻率是25FPS，那麼會發生什麼呢？沒錯，遊戲每1次Update時，物理模擬都要推進2次，也就是之前我們看到的在Update之前多次調用了FixedUpdate。那麼如果我們的遊戲更新頻率是100FPS呢？這次就變成了每2次Update調用1次FixedUpdate。

這也就解釋了爲何有的朋友在做相關的小測試的時候，在每次FixedUpdate內打印Time.deltaTime時輸出的都是0.02了，因爲Time.deltaTime並非兩次調用FixedUpdate之間真實的時間間隔，而是來自我們在項目的Time設置內設置的值——它是一個與真實時間無關的常量。

When called from inside MonoBehaviour’s FixedUpdate, returns the fixed framerate delta time.

那麼這種固定增量時間的邏輯如何用代碼表示呢？很簡單，只需要在主循環的內部，再來一個二級循環。

double  simulationTime = 0;
double  fixedTime = 20;

while (!quit()){

  double  realTime = Timer.GetTime();

  while (simulationTime < realTime){
         simulationTime += fixedTime; 
         UpdateWorld(fixedTime);
  }

  RenderWorld();
}

而Unity的實現顯然也是類似的，這個在Unity手冊中關於執行順序的相關章節內可以看到。
官網：https://docs.unity3d.com/500/Documentation/Manual/ExecutionOrder.html