【转载】在Unity中实现准确的帧率

你是否想过，Unity可以遵循准确的帧率，甚至遵循外部时钟源即Genlock同步锁相呢？

本文将介绍Unity如何在本地维持帧率，以及如何添加用户代码来严格控制该过程。该功能在类似于严格同步Unity和其它设备的播音室等环境中非常重要。

通常，Unity项目会尝试着以尽可能快的速度运行。每一帧都会尽快渲染，这通常会受限于显示设备的刷新速率。


控制帧率最简单的方法是：明确设置QualitySettings.vSyncCount，使渲染过程发生的间隔和显示设备的刷新速率相关。


例如：对于频率为60Hz的显示器，设置vSyncCount=2会使Unity以30fps的帧率同步于显示器进行渲染。这样会使帧率限制为显示器刷新速率的大约数值，所以无法提供足够粒度化的控制。另一个简单的解决方法是：设置QualitySettings.vSyncCount=0，并使用Application.targetFrameRate设置独立于显示器刷新速率的帧率目标。


通过这样的设置，Unity会将渲染循环限制为约等于该速率。但需要注意，因为此时Unity不再同步于显示器进行渲染，所以可能会出现图像撕裂现象。该方法会消耗较低性能，以避免使用不必要的CPU资源，但缺点是可能无法为每个用例实现所需的精度。


不必担心，协程可以帮助你提高精度。我们不必使用Unity内置帧率限制功能，而是通过脚本代码自己控制帧率。


为此，我们必须设置QualitySettings.vSyncCount=0，把Application.targetFrameRate设为非常大的数值，从而让Unity尽可能快的运行项目，然后使用WaitForEndOfFrame协程，通过使下一帧仅在我们允许时才开始渲染，准确的把速度减慢为目标速率。


  为了准确执行操作，我们建议结合使用Thread.Sleep，从而适当的延迟Unity渲染循环，避免消耗过多CPU资源，然后在最后几毫秒内调整CPU，同时检查允许下一帧开始渲染的合适时间。


如果要协调Unity帧率和外部时间即Genlock同步锁相，我们应该在收到外部同步信号时立即跳出CPU旋转循环。

最后一点，如果想要协调时间和外部时钟源，我们可能也想让Unity的内部游戏时间以相同的速度进行，而不是遵循CPU时间，那样会随着时间相对于外部时钟源发生变化。我们可以通过设置Time.captureFramerate为外部时间的相同速率来实现。


例如：如果外部的Genlock同步锁相信号运行在60fps，我们可以设置CaptureFramerate为60，这样无论现实中经过了多少时间。都会使Unity允许帧之间渲染间隔为游戏时间每秒的1/60，


在Unity 2019.2 Beta中，我们可以通过设置Time.captureDeltaTime，来设置采集帧率的浮点值。对于旧版Unity，如果外部信号不以整数速率运行，例如：速率为59.94。我们可以变化每帧渲染时的CaptureFramerate值，为时间变化实现理想的平均速率。

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我们在GitHub上提供了用于验证上述概念方法的Unity项目，请访问：https://github.com/Unity-Technologies/GenLockProofOfConcept


我们可以在ForceRenderRate.cs脚本中找到使用WaitForEndFrame协程对帧率进行准确控制的方法，也可以在GenLockedRecorder.cs脚本查看更加复杂的示例，即模仿外部Genlock同步锁相的示例。


虽然Unity不原生支持任何特定厂商的Genlock同步锁相实现，但前面提到的第二个示例是很好的起点，便于集成提供该功能的第三方SDK。


友情提醒：上述所有方法会在部分Unity Standalone Player构建时取得最稳定的帧率，虽然它们在Unity编辑器内的运行模式下有效，但你随时都有可能遇到短暂的帧率波动现象。


参考资料


同步锁相：https://en.wikipedia.org/wiki/Genlock


V Sync Count垂直同步数文档：https://docs.unity3d.com/Manual/class-QualitySettings.html#Other


Thread.Sleep：https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.threading.thread.sleep