Hazel游戏引擎（037）Timestep和deltatime

文中若有代码、术语等错误，欢迎指正

前言

• 此节目的

  为了修复36节在OnUpdate中每帧移动旋转摄像机，由于不同电脑的刷新率不同，从而使得在不同配置下的机器显示的不一致。

• Cherno画的图

  

• 问题举例与解决

  • 问题描述

    若规定每帧移动速度为speed = 60m/s

    若屏幕的HZ为60帧，那么它1秒会移动60次，60 * speed = 3600m

    若屏幕的HZ为100帧，那么它1秒会移动100次，100*speed = 6000m

  • 计算deltatime

    HZ为60的，1/60 = 0.01666666

    HZ为100的，1/100 = 0.01

  • 解决方法：乘以deltatime

    规定每帧移动速度为speed = 60m/s

    若屏幕的HZ为60帧，那么它1秒会移动60次，60 * speed * deltatime(1/60) = 60m

    若屏幕的HZ为100帧，那么它1秒会移动100次，100*speed * deltatime(1/100)= 60m

  • 公式

    S = HZ * 1 / HZ * speed = speed

    不管什么显示器，得出1秒的每一帧的间隔时间，乘以速度，在1秒内的路程是一样的。

    这样就与现实世界的时间联系起来了。

  • 理论计算deltatime与实际写代码计算deltatime：以60HZ举例（自己推的，大概率有误）

    deltatime理论上等于1/60帧（每帧平均时间），但实际代码上deltatime是两帧之间的间隔时间。

    • 这样一帧移动的实际距离为：

      S = 1 * deltatime * speed = deltatime * speed

    • 1秒内渲染实际的帧数(60)，移动的理论距离为：

      S = deltatime * speed * 60 = 1 / 60 * speed * 60 = speed

    注意细节在于 实际 与 理论 距离

项目相关

代码

• Timestep.h

  namespace Hazel {
        
        
  	class Timestep{
        
        
  	public:
  		Timestep(float time = 0.0f)
  			: m_Time(time){
        
        }
  		operator float() const {
        
         return m_Time; }	// 类型转换函数
  		float GetSeconds() const {
        
         return m_Time; }
  		float GetMilliseconds() const {
        
         return m_Time * 1000.0f; }
  	private:
  		float m_Time;
  	};
  }
  

  由于Timestep实现了operator float()；类型转换函数。

  这个Timestep类就相当于float一样了，可以不用引用。

• Application

  void Application::Run(){
        
        
      while (m_Running){
        
        
          // 计算两帧间隔时间
          float time = (float)glfwGetTime();	// 是从应用开始计算总共的时间
          Timestep timestep = time - m_LastFrameTime;
          m_LastFrameTime = time;
  
          // 从前往后顺序更新层
          for (Layer* layer : m_LayerStack)
              layer->OnUpdate(timestep);
  

• SandboxApp

  void OnUpdate(Hazel::Timestep ts) override{
        
        
      HZ_TRACE("DeltaTime:{0}, millionTime({1})", ts, ts.GetMilliseconds());
      if (Hazel::Input::IsKeyPressed(HZ_KEY_LEFT))
          m_CameraPosition.x -= m_CameraMoveSpeed * ts;
      else if (Hazel::Input::IsKeyPressed(HZ_KEY_RIGHT))
          m_CameraPosition.x += m_CameraMoveSpeed * ts;
  
      if (Hazel::Input::IsKeyPressed(HZ_KEY_UP))
          m_CameraPosition.y += m_CameraMoveSpeed * ts;
      else if (Hazel::Input::IsKeyPressed(HZ_KEY_DOWN))
          m_CameraPosition.y -= m_CameraMoveSpeed * ts;
  
      if (Hazel::Input::IsKeyPressed(HZ_KEY_A))
          m_CameraRotation += m_CameraRotationSpeed * ts;
      if (Hazel::Input::IsKeyPressed(HZ_KEY_D))
          m_CameraRotation -= m_CameraRotationSpeed * ts;
  

效果

测试垂直同步下的DeltaTime

• WindowsWindow

  	/*
  	　开启垂直同步,如果屏幕刷新率为60Hz，那么我们就有60FPS。
  	 我们可以通过在glfwSwapInterval方法中设置高于1的数字来降低这个速率（如果设置为2，将得到30FPS）。
  	 而我的电脑刷新率为144Hz，则
  	 0：关闭垂直同步 ; 1：144FPS ; 2：72FPS。
  	*/
  	void WindowsWindow::SetVSync(bool enabled) {
        
        
  		if (enabled) {
        
        
  			glfwSwapInterval(2); 
  		}
  		else {
        
        
  			glfwSwapInterval(0);
  		}
  		m_Data.VSync = enabled;
  	}
  

  这个SetVSync函数可以在一个显示器中模拟不同屏幕的刷新率，即：fps。

• m_Window->SetVSync(false);

  DeltaTime = 1/144 = 0.006…

  

• m_Window->SetVSync(true);

  DeltaTime = 1/ 72 = 0.0138…