使用 C++ 在游戏循环中模拟时间

Posted 2023-02-22

【中文标题】使用 C++ 在游戏循环中模拟时间

【英文标题】：Simulated time in a game loop using c++

【发布时间】：2009-12-01 04:02:59

【问题描述】：

我的业余爱好是在 C++ 中使用 OpenGL 和 SDL 在 C++ 中构建一个 3d 游戏，并希望了解更多关于这个编程领域的信息。

想知道在游戏运行时模拟时间的最佳方式。显然我有一个看起来像这样的循环：

void main_loop()

    while(!quit)
    
         handle_events();
         DrawScene();
         ...
         SDL_Delay(time_left());
    

我正在使用 SDL_Delay 和 time_left() 来保持大约 33 fps 的帧速率。

我原以为我只需要一些全局变量，比如

int current_hour = 0;
int current_min = 0;
int num_days = 0;
Uint32 prev_ticks = 0;

然后是这样的函数：

void handle_time()

    Uint32 current_ticks;
    Uint32 dticks;
    current_ticks = SDL_GetTicks();
    dticks = current_ticks - prev_ticks; // get difference since last time

    // if difference is greater than 30000 (half minute) increment game mins
    if(dticks >= 30000) 
         prev_ticks = current_ticks;
         current_mins++;
         if(current_mins >= 60) 
            current_mins = 0;
            current_hour++;
         
         if(current_hour > 23) 
            current_hour = 0;
            num_days++;
         
    
 

然后在主循环中调用handle_time()函数。

它编译并运行（此时使用 printf 将时间写入控制台）但我想知道这是否是最好的方法。有没有更简单或更有效的方法？

【问题讨论】：

“只需要一些全局变量” - 不要。几乎总是有更好的选择，例如struct 包含信息并被传递。

你到底想做什么？我没有尝试过 SDL，但滴答声会取决于处理器速率还是总是锁定到毫秒？您想每 30 秒模拟一分钟吗？

SDL_GetTicks -- 获取自 SDL 库初始化以来的毫秒数。基于此，我尝试每 30 秒模拟一分钟。

像时间一样的全局状态，它被无处不在的所有事物所使用，真的应该在一个全局变量中。否则，您必须将“当前时间和帧数”结构传递给整个游戏中的每个函数。

假设整个游戏需要当前时间和帧数，我很确定它不需要。以我的经验，我在主循环中获得时间并将其传递给更新函数，就是这样。很少有地方真正需要这些数据。

【参考方案1】：

我之前在其他游戏相关的帖子中提到过这一点。与往常一样，请遵循 Glenn Fiedler 在其Game Physics series

中的建议

您想要做的是使用您通过累积时间增量获得的恒定时间步长。如果你想要每秒 33 次更新，那么你的恒定时间步长应该是 1/33。您也可以将其称为更新频率。您还应该将游戏逻辑与渲染分离，因为它们不属于一起。您希望能够使用较低的更新频率，同时尽可能快地进行渲染。下面是一些示例代码：

running = true;
unsigned int t_accum=0,lt=0,ct=0;
while(running)
    while(SDL_PollEvent(&event))
        switch(event.type)
            ...
        
    
    ct = SDL_GetTicks();
    t_accum += ct - lt;
    lt = ct;
    while(t_accum >= timestep)
        t += timestep; /* this is our actual time, in milliseconds. */
        t_accum -= timestep;
        for(std::vector<Entity>::iterator en = entities.begin(); en != entities.end(); ++en)
            integrate(en, (float)t * 0.001f, timestep);
        
    
    /* This should really be in a separate thread, synchronized with a mutex */
    std::vector<Entity> tmpEntities(entities.size());
    for(int i=0; i<entities.size(); ++i)
        float alpha = (float)t_accum / (float)timestep;
        tmpEntities[i] = interpolateState(entities[i].lastState, alpha, entities[i].currentState, 1.0f - alpha);
    
    Render(tmpEntities);

这可以处理欠采样和过采样。如果您使用此处所做的整数运算，您的游戏物理应该接近 100% 确定性，无论机器有多慢或多快。这是以固定时间间隔增加时间的优点。用于渲染的状态是通过在先前状态和当前状态之间进行插值计算的，其中时间累加器内的剩余值用作插值因子。这确保了渲染是平滑的，无论时间步长有多大。

【讨论】：

这基本上就是我们所做的（在我们的商业产品中）。我们以 10hz 的恒定时间步长运行我们的游戏逻辑，但让渲染线程尽可能快地运行，并在 GPU 准备好时尽快绘制帧。这意味着物理和 AI 和实体逻辑不受渲染速度的影响（否则当渲染陷入困境时，世界将进入缓慢时间）。渲染不是在一个恒定的时间步长上，它只是尽可能快地进行（当然最高 60hz）。

@Crashworks：没错。您不关心渲染的固定时间步长。这会使渲染变得不稳定。

人们也可以认为应该有一个恒定的渲染时间步长，因为可变帧率感觉比一致的帧率更不稳定，而且监视器更新为 30 /60hz（或 PAL 为 25/50），因此任何未与垂直同步间隔对齐的帧都会在屏幕中间“撕裂”。虽然这是非常主观的，所以我们将“等待 vsync”设置为客户可设置的选项。

哈，NTSC 与 PAL 的差异实际上是 SEGA Genesis 欧洲游戏机运行速度比北美游戏机快的原因。所以即使是游戏机也受到了这个问题的困扰，尽管比同一时代的 PC 游戏要少。

@Mads 在上述代码的哪一部分（集成或插值）中完成了碰撞检测？

【参考方案2】：

除了已经指出的问题（您应该使用时间结构并将其传递给 handle_time() 并且您的分钟将每半分钟递增一次），您的解决方案可以很好地跟踪游戏中运行的时间。

但是，对于需要经常发生的大多数游戏事件，您可能应该将它们基于主游戏循环而不是实际时间，以便它们以不同的 fps 以相同的比例发生。

【参考方案3】：

您真正想阅读的 Glenn 的帖子之一是 Fix Your Timestep!。在查看此链接后，我注意到Mads 将您引导到他的answer 中的同一个地方。

【参考方案4】：

我不是 Linux 开发人员，但您可能想看看使用计时器而不是轮询滴答声。

http://linux.die.net/man/2/timer_create

编辑： SDL好像支持Timers：SDL_SetTimer

【讨论】：

虽然一般来说是个好建议，但这对于游戏开发来说并不是一个好主意。

甚至不像他那样在游戏中显示时间？你真的用轮询代替吗？

zildjohn01：为什么计时器对于游戏来说是个坏主意？我假设它们会对性能产生某种影响？

这很糟糕，因为您不希望游戏有一个每 (n) 毫秒执行一次操作的回调——有些帧可能会比 33 早一点完成，而另一些则可能滞后。如果您有一帧需要 37 毫秒，然后将下一帧设置为 33 毫秒，那么您将有效地减慢时间，因为您的两帧（代表 66 毫秒的游戏时间）将超过 70 毫秒的实时时间。最好让游戏循环一直全速运行——从不休眠或暂停——并使用高分辨率实时时钟来标记恒定的时间步长。

我从不建议使用计时器处理帧。他在问时间。