Фиксированный шаг времени и интерполяция отображения

Двое часов, одна игра

Кадр и такт симуляции отвечают на разные вопросы: когда можно показать следующее изображение и насколько должны продвинуться игровые правила? Если считать их одним событием, ритм кадров становится частью игрового поведения. Сначала задайте фиксированное расписание симуляции, затем решите, как отображение будет его наблюдать.

Накопление и интерполяция

Аккумулятор собирает прошедшее время и расходует его целыми шагами длительности h; остаток переходит в следующий кадр. Ограничение догоняющих шагов сдерживает работу при перегрузке. [1] Отображение может смешивать предыдущие и текущие трансформации через alpha = accumulator / h, сохраняя авторитетное состояние симуляции отдельно. [2]

Разобранный пример

Рассмотрим условную игру с h = 20 ms. В аккумуляторе находятся 6 ms, когда поступает интервал между кадрами длительностью 29 ms. Получается 35 ms: выполняется один шаг симуляции, остаются 15 ms, поэтому alpha = 0.75.

Если предыдущая позиция равна 2.0 m, а текущая — 2.4 m, линейная интерполяция показывает 2.3 m. Это отображаемая выборка между завершёнными состояниями, а не ещё одно обновление физики. Сохраняйте оба состояния до следующего такта. Никогда не передавайте смешанную позицию обратно в обнаружение столкновений.

Порядок реализации

Назначьте одного владельца измерения времени и записывайте ввод с привязкой к тактам симуляции. В каждом такте копируйте текущее отображаемое состояние в предыдущий буфер, выполняйте игровые правила и физику в документированном порядке, затем публикуйте новое состояние. Отображение читает эти буферы, не изменяя их.

Явно задайте поведение при перегрузке. Например, максимум 4 шага за кадр в этом проекте обрабатывает не более 80 ms. Если время ещё осталось, выберите сохранение задолженности, отбрасывание лишнего прошедшего времени или управляемое замедление. Эти решения меняют ход времени; записывайте их применение в журнал. Если сохранённая задолженность превышает один шаг, не используйте её без проверки как коэффициент интерполяции.

Границы и проверки

Такое смешивание предыдущего и текущего состояния показывает более ранний момент симуляции. Оценивайте эту задержку отдельно от реакции на ввод. Сбрасывайте обе отображаемые выборки при телепортации, возрождении или загрузке сцены, чтобы не анимировать непредусмотренное перемещение.

Проверьте неравномерные интервалы кадров, долгую паузу и несколько перегруженных кадров подряд. Рассматривайте вместе число тактов, остаток времени и видимое движение. Один фиксированный шаг не обеспечивает детерминированное воспроизведение: случайный ввод, порядок операций и внешнее состояние тоже требуют согласованной обработки.

Источники

[1] Fix Your Timestep! — Glenn Fiedler.

[2] Введение в интерполяцию физики — Документация Godot Engine.