引擎之旅 Chapter.1 高分辨率时钟

目录

• 游戏中的时间线
  • 真实时间线
  • 游戏时间线
• 全局时钟的实现方式

我们如何理解时间。在现实生活中，时间就是一个有方向的直线。从一个无穷远到另一个无穷远。用数学去抽象地思考，它就是一个从无穷小到无穷大的一维轴。

那么，对于游戏而言，我们需要考虑关于时间的哪一部分？游戏本质就是开发者作为上帝创造的产物，在我们人为创造的世界中，自我们开始游戏的时候，这个世界的所有物体就应该根据一个既定的时间线作为参照物来进行运动——这个标准不是服务于策划文案中的年代、一天的早中晚等写实的时间线，而是动画、逻辑等相关仿真运行的参照。

那么我们应该如何去用代码实现游戏中的时间线呢？我们先对游戏中的时间线进行分析。

游戏中的时间线

真实时间线

真实的时间线指的是和现实的时间线的频率保持一致的时间线。首先我们先明确一点，对于未运行的游戏而言，时间线是没有意义的，因此，游戏中真实的时间线是以软件启动的时刻作为起点，而以软件关闭作为时间线的终点。

游戏引擎一般将真实时间线作为引擎的全局时间线，即全局时钟。全局时钟是游戏时间线的基石，若全局时间线出问题，则游戏所有与时间相关的操作都会发生错误。因此,它的频率严格一致，计时应当是高精度的，且不随游戏的其他因素的变化而变化。此模块的代码将置于核心代码中的最底层，并对其修改操作进行严格的限制。

游戏时间线

游戏时间线依托于真实时间线（全局时钟）。根据不同的需求（一般指快进和减速），游戏中将拥有各种各样的时间线，这些时间线服务于相对应游戏物体的运动和变化。相较于全局时钟严格的不可变性，游戏时钟可以很好的实现设计者的如下需求：

• 游戏暂停
• 游戏恢复
• 人物动画加速
• 人物动画减速
• 时间回溯
• ...

全局时钟的实现方式

大多数操作系统都提供获取系统时间的函数，但这些函数都是低分辨率的，精确到秒或毫秒，则对于全局时钟而言，是不满足要求的。那么，我们应该如何实现呢？CPU恰好提供了硬件级别的高精度时钟供我们去计时。

CPU的高分辨率计时器：每个CPU都存在一个计时器，其功能就是将计算机自启动或重置起经过CPU的周期数记录到对应的寄存器中。

不同硬件访问CPU寄存器的方式是不同的，幸运的是Windows这一个巨大的抽象层帮助我们忽略了各式各样硬件的差异。在Windows API中，获取计时寄存器的相关函数如下：

• QueryPerformanceCounter()：计时寄存器数值
• QueryPerformanceFrequency()：每一秒计时器递增的次数（即计时器频率）

利用这两个函数，我们可以实现一个高精度的计时器作为游戏引擎的全局时钟。极简代码如下所示。

#include "Windows.h"
class Timer
{
    public:
        Timer()
        {
            QueryPerformanceFrequency((LARGE_INTEGER*)&m_Frequence);
            QueryPerformanceCounter((LARGE_INTEGER*)&m_StartStamp);
        }

        //获取至生成计时器以来运行的秒数
        double RunSeconds()
        {
            __int64 current=0;
            QueryPerformanceCounter((LARGE_INTEGER*)&current);
            return (current-m_StartStamp)/(double)m_Frequence;
        }
    private:
        __int64 m_StartStamp;
        __int64 m_Frequence;

}