控制帧速率

Question

我正在创建一组需要在帧周期中工作的线程。我想控制在一秒钟内完成了多少帧。我将我的代码简化为这个，这样我就可以向您展示我所写的内容。

// setup the frame timer
std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> start = std::chrono::system_clock::now();
std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> end = std::chrono::system_clock::now();

while(running == true)
{
    // update timer
    start = std::chrono::system_clock::now();
    std::chrono::duration<double> elapsed_seconds = start - end;
    double frameTime = elapsed_seconds.count();

    this->Work(frameTime);

    // update timer
    std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> afterWork = std::chrono::system_clock::now();
    std::chrono::duration<double> elapsedWorkTime = afterWork - end ;

    const double minWorkTime = 1000 / this->timer.NumberOfFramePerSeconds;
    if(elapsedWorkTime.count() < minWorkTime)
    {
        double timeToSleep = minWorkTime - elapsedWorkTime.count();
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds((int)timeToSleep));
    }

    // update fps
    end = start;
    timer.FrameCount += 1;
}

并不是所有线程都有相同的工作量，有些线程比其他线程有更多的工作，因此如果没有睡眠，我就会得到围绕这个Thread 1 : 150fps, Thread 2: 5000fps, Thread 3: 5000fps, Thread 4: 5000fps的结果。

我想要的是能够将帧每秒设置为60，所以使用上面的代码，我会将this->timer.NumberOfFramePerSeconds设置为60。我的问题是，当我这样做的时候，我得到了一个像Thread 1 : 30fps, Thread 2: 60fps, Thread 3: 60fps, Thread 4: 60fps这样的结果

这表明我的代码有问题，因为当我注释掉睡眠时，线程1将很高兴地完成超过150帧，但是当睡眠在那里时，它将工作在我试图实现的60以下。

我的代码/算法正确吗？

Answer 1

在我看来，您可能有一个单位转换错误。这通常是由于在chrono类型系统之外处理时间单位和引入显式转换因素造成的。例如：

double frameTime = elapsed_seconds.count();
this->Work(frameTime);

Work可以修改为采用duration<double>而不是double吗？这将有助于确保double不会被重新解释为Work内部的秒以外的其他内容。如果由于某些原因不能，则至少可以减少以下错误的暴露：

this->Work(elapsed_seconds.count());

以下情况看上去很可疑：

std::chrono::duration<double> elapsedWorkTime = afterWork - end ;

const double minWorkTime = 1000 / this->timer.NumberOfFramePerSeconds;
if(elapsedWorkTime.count() < minWorkTime)

elapsedWorkTime显然有秒的单位。minWorkTime似乎有毫秒的单位。if扔掉所有单位的信息。这看起来应该是：

std::chrono::duration<double> minWorkTime(1./this->timer.NumberOfFramePerSeconds);
if(elapsedWorkTime < minWorkTime)

或者如果您真的希望minWorkTime表示毫秒(这不是必要的)：

std::chrono::duration<double, std::milli> minWorkTime(1000./this->timer.NumberOfFramePerSeconds);
if(elapsedWorkTime < minWorkTime)

我推荐前者，因为1000的引入只是错误出现的另一个机会。

    double timeToSleep = minWorkTime - elapsedWorkTime.count();
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds((int)timeToSleep));

在这里，您将不必要地离开chrono的安全网，手动执行操作。相反，这应该是：

    std::this_thread::sleep_for(minWorkTime - elapsedWorkTime);

或者如果你想变得更详细：

    auto timeToSleep = minWorkTime - elapsedWorkTime;
    std::this_thread::sleep_for(timeToSleep);

.count()的使用应该是罕见的。目前在打印duration时需要使用它，也可能需要处理无法使用chrono的遗留代码。如果您发现自己使用的.count()更多，请后退一步，尝试删除它。chrono有助于防止单元转换错误，当您通过.count()退出系统时，会破坏chrono存在的原因。

更新

VS2013有一个错误，它不会在双基式持续时间上睡觉。所以作为解决办法..。

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::duration_cast
                <std::chrono::milliseconds>(minWorkTime - elapsedWorkTime));

这很难看，但仍然把所有的转换因素都留给chrono。

感谢Caesar为我测试了这个解决方案。

Answer 2

简单的答案是你没有。参见this SO question。

与其控制易出错且不能很好地处理慢速线程的framerate，您应该尽可能地设置代码来处理当前的框架。

让线程做他们合理能做的工作。如果由于某种原因不得不暂停，请使用消息队列，并在消息队列为空时休眠。

Answer 3

睡眠通常不是很精确，因为时钟的分辨率可能很低。

例如，在Windows上，典型的定时器分辨率大约为15.6ms。如果你只要求睡眠1毫秒，它就会睡到下一个15.6毫秒的间隔，在未来至少是1毫秒。平均而言，这比你预期的要长6.8毫秒。一旦时间流逝，您就无法保证处理器会立即安排您的线程。

因此，我怀疑您的线程需要睡眠一段时间，但它的睡眠时间要长得多，并且错过了下一个框架。(其他线程的运行速度正好是60 fps，这意味着您还拥有其他的速率限制器，比如垂直同步。)

一个可能的解决方案，尽管效率低下，是做一个繁忙-等待，而不是睡眠的任何时间比时钟分辨率短。例如，如果您必须延迟3.2*clock_resolution，那么您可以为3*clock_resolutions睡觉，然后在循环中旋转，直到实际时间到来。

另一种解决方案是让线程等待一个同步原语，该原语以所需的速率发出信号。根据可用的原语类型，当您试图同步多个线程时，这可能会很棘手。