如何让精灵在不同的帧率下运动速度不变--Frame Rate Independent Movement
2006-05-22 00:45
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本文性质：翻译加原创，转载请保留原作者和译者信息！
行文安排：前不份是翻译，后部分是自己的原创。
FrameRateIndependentMovement
byBenDilts
翻译KevinLynx2006-5-21
第一部分：
Ihaveseencountlesspostsonthisandothermessageboards,andevenpersonalemailhasbeensenttome,allaskingthesamequestion:HowdoImakeitsomystupidobjectsmoveatthesamespeediftheframeraterisesordrops?
在各种论坛以及我收到的个人邮件里，很多人都问我相同的一个问题：我是怎样让我游戏里那些物体以相同速度运动，而无论帧率是下降还是上升？
Afterafewmonthsprogramming,IdevisedwhatIbelievetobethemostefficientandusefulwaytohandlethisproblem.Forthepurposesofthisarticle,Iwillencapsulatethisfunctionalityinitsownclass.
在几个月的编程以后，我设计了一个我认为最有效果且最有用的方法来解决这个问题。为了在这篇文章里达到这个目的，我把那些有作用的东西封装成一个类：
Ileaveallthememberspublicbecausetheyworkindependentlyofeachotherandareallusefulinsomewaytotheoutsideprogram.。
我把每一个成员都设置成public的，是因为他们都是独立工作并且对于外部程序，他们都是有用的。（和外部环境联系比较大，所以就直接设置成public的）
Hereistheimplementation,followedbysomeexplanation：
以下是执行代码和一些解释：
Someexplanation:
targetfpsispassedintotheInitfunction,butcanbesetatanytime.Itisthetargetframeratefortheprogram.ThisisusedintheSetSpeedFactorfunctiontodeterminewhatthespeedfactorwillbe.Lookdownatmyexplanationofspeedfactor.
一些解释：
targetfps是由Init函数来设置的，但是它也可以在任何时候被设置。它用来表示程序中物体的帧率。这个被用在SetSpeedFactor函数里去决定speedfactor会怎么样。看下面对于speedfactor的解释。
fpsistheactualframerateoftheprogram.Itisnotreallyneededtomakeframerateindependentmovement,butsinceitissocloselylinked,Iincludeitanyway.
fps用来表示程序真实的帧率。它没有必要去让帧率成为独立的运动，但是很接近。（不明白这句话的意思）
tickspersecondissetintheInitfunctiontobethenumberofticksthehighperformancetimerhaspersecond.
currentticksissetintheSetSpeedFactorfunctiontobethecurrenthighperformancetimerticks.
framedelayisthepreviousframecurrentticks.
tickspersecond在Init函数里被设置成每秒的tick数。
currentticks在SetSpeedFactor被设置成当前时钟ticks.
framedelay是前一帧的ticks。
speedfactoristheheartofthisclass.WhenitissetisSetSpeedFactor,itbecomesanumberthatyoumultiplyallyourmotionby.Forinstance,ifthetargetfpsis100,andtheactualfpsis85,thespeedfactorwillbesetto100/85,orabout1.2.Youthenmultiplyallyourmotionibthegame,atitslowestlevel,bythisnumber.
speedfactor是这个类的核心。当它在SetSpeedFactor中被设置时，它成为一个****的数。举个例子，如果物体的FPS是100，而真实的FPS是85，speedfactor就会被设置为100/85，或者1.2。在游戏里你把所有的动作与这个数相乘，。。。。
Forinstance,ratherthansimplycodingspaceship->MoveForward(5),Iwouldcodespaceship->MoveForward(5*framerate.speedfactor).
例如，比起简单地spaceship->MoveForeward(5)，我会这样写spaceship->MoveForeward(5*frame.speedfactor);（在张勇的超级马力里有类似的方法）
Inconclusion:
Thissimpleroutinesavesawholeheapoftrouble.Justplugitintoalmostanygameorotherreal-timeprogram.CallInitatthebeginningoftheprogram,andtheneachframecallSetSpeedFactor.Thenmultiplyallyourmovementbythespeedfactor.Itisthatsimple.Nowstopfloodingthosemessageboards:)
这个简单的事例解决了很多问题，你可以在游戏里或者任何实时程序里。在程序开始时调用Init，然后在程序的每一帧里调用SetSpeedFactor。然后把所有物体的移动都乘上speedfactor。这确实很简单，以后就别来发消息给我了:)(。)
第二部分：
译者的理解：
其实以上讲的东西，在我以前看的一分超级马力的游戏里用的技术是一样的。我们不限制图象渲染的帧率，只限制精灵逻辑更新的帧率，或者说，在这里不是限制其更新间隔，而是限制其更新的属性大小------坐标改变的大小。
现在开始推导：
假设我们想把我们的游戏的FPS限制在85，85即是我们想要的帧率，这里我以want_fps表示；但是游戏真正的FPS呢？真正的FPS会随着机器性能的高低而明显不同，我用actual_fps表示；精灵sprite每次坐标增加量用coor_add表示。
那么，当actual_fps==want_fps时，sprite_coor+=coor_add;这是很理想的状态；当actual_fps<want_fps时，这个时候的表现就是，精灵比我要求动作的速度慢了----因为逻辑更新的间隔变大了，这个时候要想精灵的速度不变（或者变化很小），那么，我们就要加大coor_add，这里，coor_add显然是和actual_fps和want_fps有关系的。
于是我们可以这样做：sprite_coor+=coor_add*(want_fps/actual_fps);因为现在actual_fps<want_fps，所以其比值就大于1，这样就可以增大这个坐标增加量。
同理，当actual_fps>want_fps时，want_fps./actual_fps就小于1，这样就缩小了坐标增加量。
于是，这样就达到了在不同真实帧率下，依然可以让精灵的移动恒定。
我们所要做的，也就是得到want_fps/actual_fps的比值，也就是上文中的speedfactor，
要计算这个值，我们有两种方法：
1．按照我们以往计算FPS的方式算出实际的FPS，然后再根据希望的FPS来得到
2．这也是更为通用的方法，也是上文的方法，即通过时间间隔直接计算，反过来根据这个值来计算实际的FPS。
第一种方法很简单，而用第二种方法时，如何去直接计算呢？我们可以反向推出其计算方法----当然上文已经直接给出了计算方法
设欲求比值为speedfactor,要求达到的FPS为want_fps，实际的FPS为actual_fps，游戏主循环上次得到的时间TICK为last_tick,本次的TICK为this_tick-（其实这里可以理解为毫秒时间）。
于是：
因为每循环一次，就更新一帧，于是更新一帧用的毫秒数为:(this_tick–last_tick)=è
更新一帧用时：(this_tick–last_tick)===è于是：
actual_fps=1/[(this_tick–last_tick)/1000]
=1000/(this_tick–last_tick)====è
因为want_fps已知，根据:
speedfactor=want_fps/actual_fps===è
speedfactor=want_fps/actual_fps
=want_fps/[1000/(this_tick–last_tick)]
=want_fps*(this_tick–last_tick)/1000
=want_fps*每一帧用的秒数
最终公式也就是：
speedfactor=want_fps*(this_tick–last_tick)/1000
与上文提供的公式对比，完全一致。
OK，本文到此结束。
行文安排：前不份是翻译，后部分是自己的原创。
FrameRateIndependentMovement
by
翻译KevinLynx2006-5-21
第一部分：
Ihaveseencountlesspostsonthisandothermessageboards,andevenpersonal
在各种论坛以及我收到的个人邮件里，很多人都问我相同的一个问题：我是怎样让我游戏里那些物体以相同速度运动，而无论帧率是下降还是上升？
Afterafewmonths
在几个月的编程以后，我设计了一个我认为最有效果且最有用的方法来解决这个问题。为了在这篇文章里达到这个目的，我把那些有作用的东西封装成一个类：
classframerate
{public:
floattargetfps;
floatfps;
LARGE_INTEGERtickspersecond;
LARGE_INTEGERcurrentticks;
LARGE_INTEGERframedelay;
floatspeedfactor;
voidInit(floattfps);
voidSetSpeedFactor();
};
Ileaveallthememberspublicbecausetheyworkindependentlyofeachotherandareallusefulinsomewaytotheoutside
我把每一个成员都设置成public的，是因为他们都是独立工作并且对于外部程序，他们都是有用的。（和外部环境联系比较大，所以就直接设置成public的）
Hereistheimplementation,followedbysomeexplanation：
以下是执行代码和一些解释：
voidframerate::Init(floattfps)
{targetfps=tfps;
QueryPerformanceCounter(&framedelay);
QueryPerformanceFrequency(&tickspersecond);
}
voidframerate::SetSpeedFactor()
{QueryPerformanceCounter(¤tticks);
//Thisframe'slengthoutofdesiredlength
speedfactor=(float)(currentticks.QuadPart-framedelay.QuadPart)/((float)tickspersecond.QuadPart/targetfps);
fps=targetfps/speedfactor;
if(speedfactor<=0)
speedfactor=1;
framedelay=currentticks;
}
Someexplanation:
targetfpsispassedintotheInitfunction,butcanbesetatanytime.Itisthetargetframeratefortheprogram.ThisisusedintheSetSpeedFactorfunctiontodeterminewhatthespeedfactorwillbe.Lookdownatmyexplanationofspeedfactor.
一些解释：
targetfps是由Init函数来设置的，但是它也可以在任何时候被设置。它用来表示程序中物体的帧率。这个被用在SetSpeedFactor函数里去决定speedfactor会怎么样。看下面对于speedfactor的解释。
fpsistheactualframerateoftheprogram.Itisnotreallyneededtomakeframerateindependentmovement,butsinceitissocloselylinked,Iincludeitanyway.
fps用来表示程序真实的帧率。它没有必要去让帧率成为独立的运动，但是很接近。（不明白这句话的意思）
tickspersecondissetintheInitfunctiontobethenumberofticksthehighperformancetimerhaspersecond.
currentticksissetintheSetSpeedFactorfunctiontobethecurrenthighperformancetimerticks.
framedelayisthepreviousframecurrentticks.
tickspersecond在Init函数里被设置成每秒的tick数。
currentticks在SetSpeedFactor被设置成当前时钟ticks.
framedelay是前一帧的ticks。
speedfactoristheheartofthisclass.WhenitissetisSetSpeedFactor,itbecomesanumberthatyoumultiplyallyourmotionby.Forinstance,ifthetargetfpsis100,andtheactualfpsis85,thespeedfactorwillbesetto100/85,orabout1.2.Youthenmultiplyallyourmotionibthegame,atitslowestlevel,bythisnumber.
speedfactor是这个类的核心。当它在SetSpeedFactor中被设置时，它成为一个****的数。举个例子，如果物体的FPS是100，而真实的FPS是85，speedfactor就会被设置为100/85，或者1.2。在游戏里你把所有的动作与这个数相乘，。。。。
Forinstance,ratherthansimplycodingspaceship->MoveForward(5),Iwouldcodespaceship->MoveForward(5*framerate.speedfactor).
例如，比起简单地spaceship->MoveForeward(5)，我会这样写spaceship->MoveForeward(5*frame.speedfactor);（在张勇的超级马力里有类似的方法）
Inconclusion:
Thissimpleroutinesavesawholeheapoftrouble.Justplugitintoalmostanygameorotherreal-timeprogram.CallInitatthebeginningoftheprogram,andtheneachframecallSetSpeedFactor.Thenmultiplyallyourmovementbythespeedfactor.Itisthatsimple.Nowstopfloodingthosemessageboards:)
这个简单的事例解决了很多问题，你可以在游戏里或者任何实时程序里。在程序开始时调用Init，然后在程序的每一帧里调用SetSpeedFactor。然后把所有物体的移动都乘上speedfactor。这确实很简单，以后就别来发消息给我了:)(。)
第二部分：
译者的理解：
其实以上讲的东西，在我以前看的一分超级马力的游戏里用的技术是一样的。我们不限制图象渲染的帧率，只限制精灵逻辑更新的帧率，或者说，在这里不是限制其更新间隔，而是限制其更新的属性大小------坐标改变的大小。
现在开始推导：
假设我们想把我们的游戏的FPS限制在85，85即是我们想要的帧率，这里我以want_fps表示；但是游戏真正的FPS呢？真正的FPS会随着机器性能的高低而明显不同，我用actual_fps表示；精灵sprite每次坐标增加量用coor_add表示。
那么，当actual_fps==want_fps时，sprite_coor+=coor_add;这是很理想的状态；当actual_fps<want_fps时，这个时候的表现就是，精灵比我要求动作的速度慢了----因为逻辑更新的间隔变大了，这个时候要想精灵的速度不变（或者变化很小），那么，我们就要加大coor_add，这里，coor_add显然是和actual_fps和want_fps有关系的。
于是我们可以这样做：sprite_coor+=coor_add*(want_fps/actual_fps);因为现在actual_fps<want_fps，所以其比值就大于1，这样就可以增大这个坐标增加量。
同理，当actual_fps>want_fps时，want_fps./actual_fps就小于1，这样就缩小了坐标增加量。
于是，这样就达到了在不同真实帧率下，依然可以让精灵的移动恒定。
我们所要做的，也就是得到want_fps/actual_fps的比值，也就是上文中的speedfactor，
要计算这个值，我们有两种方法：
1．按照我们以往计算FPS的方式算出实际的FPS，然后再根据希望的FPS来得到
2．这也是更为通用的方法，也是上文的方法，即通过时间间隔直接计算，反过来根据这个值来计算实际的FPS。
第一种方法很简单，而用第二种方法时，如何去直接计算呢？我们可以反向推出其计算方法----当然上文已经直接给出了计算方法
设欲求比值为speedfactor,要求达到的FPS为want_fps，实际的FPS为actual_fps，游戏主循环上次得到的时间TICK为last_tick,本次的TICK为this_tick-（其实这里可以理解为毫秒时间）。
于是：
因为每循环一次，就更新一帧，于是更新一帧用的毫秒数为:(this_tick–last_tick)=è
更新一帧用时：(this_tick–last_tick)===è于是：
actual_fps=1/[(this_tick–last_tick)/1000]
=1000/(this_tick–last_tick)====è
因为want_fps已知，根据:
speedfactor=want_fps/actual_fps===è
speedfactor=want_fps/actual_fps
=want_fps/[1000/(this_tick–last_tick)]
=want_fps*(this_tick–last_tick)/1000
=want_fps*每一帧用的秒数
最终公式也就是：
speedfactor=want_fps*(this_tick–last_tick)/1000
与上文提供的公式对比，完全一致。
OK，本文到此结束。
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