Passo de tempo fixo e interpolação na renderização

Dois relógios, um jogo

Um quadro de exibição e um tick de simulação respondem a perguntas diferentes: quando é possível mostrar outra imagem e quanto as regras do jogo devem avançar? Tratá-los como o mesmo evento faz o ritmo dos quadros (frame pacing) passar a influenciar a jogabilidade. Projete primeiro um cronograma fixo de simulação e só depois decida como a renderização vai observá-lo.

Acumular e interpolar

Um acumulador reúne o tempo decorrido e consome passos inteiros de duração h; o resto é mantido para o quadro seguinte. Um limite de recuperação (catch-up) restringe o trabalho durante a sobrecarga. [1] A renderização pode combinar as transformações anterior e atual da simulação usando alpha = accumulator / h, enquanto o estado autoritativo da simulação permanece separado. [2]

Exemplo prático

Considere um jogo ilustrativo com h = 20 ms. O acumulador contém 6 ms quando chega um intervalo de exibição de 29 ms. O novo total é 35 ms: execute um passo de simulação, o que deixa 15 ms restantes, de modo que alpha = 0.75.

Se a posição anterior é 2.0 m e a atual é 2.4 m, a interpolação linear exibe 2.3 m. Isso é uma amostra de apresentação entre estados já concluídos, não outra atualização da física. Preserve os dois estados até o próximo tick. Nunca devolva a posição interpolada à detecção de colisões.

Fluxo de implementação

Defina um único responsável pela medição do tempo e registre as entradas associadas aos ticks da simulação. Em cada tick, copie o estado renderizável atual para o buffer anterior, execute a jogabilidade e a física em uma ordem documentada e então publique o novo estado. Renderize a partir desses buffers sem alterá-los.

Torne explícito o comportamento em caso de sobrecarga. Por exemplo, um máximo de 4 passos por quadro processa no máximo 80 ms neste projeto. Se ainda sobrar tempo, escolha entre reter a dívida, descartar o excesso de tempo decorrido ou entrar em uma desaceleração controlada. Essas escolhas alteram a temporização; registre em log quando ocorrerem. Se a dívida retida for maior que um passo, não a use às cegas como fração de interpolação.

Limites e verificações

Essa combinação entre o estado anterior e o atual apresenta um instante anterior da simulação. Avalie esse atraso separadamente da resposta à entrada. Reinicie as duas amostras de renderização ao teletransportar, reaparecer (respawn) ou carregar uma cena, para que o renderizador não anime um deslocamento indesejado.

Teste intervalos de exibição irregulares, uma pausa longa e quadros consecutivos em sobrecarga. Inspecione em conjunto a contagem de ticks, o tempo restante e o movimento visível. Um passo de tempo fixo, por si só, não garante replay determinístico: entradas aleatórias, ordem das operações e estado externo ainda precisam de tratamento consistente.

Fontes

[1] Fix Your Timestep! — Glenn Fiedler.

[2] Physics interpolation introduction — documentação do Godot Engine.