脚本概述 - 时间和帧数控制

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小牛编辑

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2023-12-01

时间和帧率控制

脚本中的 Update 函数允许你定期地监听输入和其他事件，并执行适当的响应。例如，当按下『向前』键时，你可以会移动一个角色。处理类似这样的基于时间的行为时，一件重要的事情是，游戏的帧率不是恒定的，两次 Update 函数调用之间的时间长度也不是恒定的。

举个例子，假设有一个逐渐向前移动对象的任务，每桢移动一次。开始时，你可能只是使对象每桢移动一个固定距离：

//C# script example
using UnityEngine;
using System.Collections;
public class ExampleScript : MonoBehaviour {
    public float distancePerFrame;
    void Update() {
        transform.Translate(0, 0, distancePerFrame);
    }
}

//JS script example
var distancePerFrame: float;
function Update() {
    transform.Translate(0, 0, distancePerFrame);
}

但是，因为桢时间不是恒定的，所以对象看起来将以不规则的速度移动。如果桢时间是 10 毫秒，那么该对象每秒向前移动 100 步 distancePerFrame。但是，如果桢时间增加到 25 毫秒（例如由于 CPU 负载），那么只会每秒向前移动 40 步，因此移动距离更短。解决方案是按照桢时间适配移动距离，可以从 Time.deltaTime 属性读取桢时间：

//C# script example
using UnityEngine;
using System.Collections;
public class ExampleScript : MonoBehaviour {
    public float distancePerSecond;
    void Update() {
        transform.Translate(0, 0, distancePerSecond * Time.deltaTime);
    }
}

//JS script example
var distancePerSecond: float;
function Update() {
    transform.Translate(0, 0, distancePerSecond * Time.deltaTime);
}

注意，现在用 distancePerSecond 表示移动距离而不是 distancePerFrame。当帧率改变时，移动步长将相应地改变，对象的速度将是恒定的。

固定时间步长

与主桢更新不同，Unity 的物理系统以固定的时间步长运行，这对模拟的精确性和一致性非常重要。当物理更新开始时，Unity 在时间轴上设置一个固定时间步长（后将消失）的『警告器』，用来表示物理更新的结束时间。然后，物理更新开始执行计算，直到『警告器』消失。

通过时间管理器可以更改固定时间步长的大小，在脚本中，可以使用 Time.fixedDeltaTime 属性读取它的值。注意，较小的时间步长将导致更频繁的物理更新和更精确的模拟，代价是更大的 CPU 负载。除非对物理引擎有很高的要求，否则可能不需要更改默认的固定时间步长。

译注：时间管理器 Time Manager 的菜单位置 Edit > Project Settings > Time。

最大时间步长

固定时间步长保证了物理模拟的实时精确，但是，当游戏使用了大量物理模拟时，可能会导致游戏帧率降低（由于有大量对象在运行）。频繁的物理更新会『挤压』主桢更新的时间，并且，如果有大量处理需要执行，那么一帧时间内可能发生多次物理更新。这时，当桢更新开始时，对象的位置和其他属性被冻结，图像可能与频繁的物理更新不同步。

尽管事实上只有有限的 CPU 功率可用，但是 Unity 提供了一个选项，可以让你有效地降低物理时间，从而让桢处理保持（恢复）同步。最大时间步长（在时间管理器中）限制了一帧中消耗在物理更新和 FixedUpdate 调用上的时间。如果桢更新消耗的时间超过了最大时间步长，物理引擎将暂停执行，从而让桢更新保持（赶上）同步。一旦桢更新完成，物理更新将恢复执行，就像自它停止后时间没有流逝一样。这样做的结果是，刚体将不会像通常那样完美地实时移动，而是稍微减慢。但是，物理时钟将会像正常移动一样跟踪它们。这种物理更新放慢通常不明显，是一种可接受的游戏性能平衡。

时间尺度

减慢游戏时间对于某些特效会很有用，例如『子弹时间』，可以使动画和脚本响应以降低后的速率运行。另外，有时可能想要完全冻结游戏时间，此时游戏被暂停。Unity 提供了一个时间尺寸 Time Scale 来控制游戏时间相对于真实时间的速度。如果时间尺寸设置为 1.0，那么游戏时间和真实时间一致。设置为 2.0，将使 Unity 中的游戏时间两倍于真实时间（例如，动作将加速）；而设置为 0.5，将使游戏速度降低一半。设置为 0 将使事件完全『停止』。注意，时间尺寸不会真正减慢执行过程，而是简单地改变了 Time.deltaTime 和 Time.fixedDeltaTIme 返回给 Update 和 FixedUpdate 函数的时间步长。当游戏时间降低时，Update 函数的调用比正常情况更频繁，只是每桢返回的 deltaTime 被简单地降低了。其他脚本函数不会受到时间尺度的影响，例如，在游戏暂停时，显示可正常交互的 GUI。

译注：子弹时间（Bullet time）是一种使用在电影、电视广告或电脑游戏中，用计算机辅助的摄影技术模拟变速特效，例如强化的慢镜头、时间静止等效果。“子弹时间”效果因在好莱坞华纳兄弟电影公司出品的电影《骇客帝国》中大量使用名声大噪。其中男主角 Neo 仰身躲子弹的慢动作镜头堪称经典，“子弹时间”也因此得名。—— 百度百科

时间管理器提供了一个可全局设置时间尺度的属性，不过，通常是在脚本中使用 Time.timeScale 属性设置时间尺度：

//C# script example
using UnityEngine;
using System.Collections;
public class ExampleScript : MonoBehaviour {
    void Pause() {
        Time.timeScale = 0;
    }
    void Resume() {
        Time.timeScale = 1;
    }
}

//JS script example
function Pause() {
    Time.timeScale = 0;
}
function Resume() {
    Time.timeScale = 1;
}

捕获帧率

时间管理的一个特例是把游戏记录为视频。如果你尝试在正常的游戏过程中录制视，因为保存屏幕图像需要相当长的时间，游戏帧率通常会大大降低。这将导致视频不能真实反应游戏的性能。

幸运的是，Unity 提供了一个捕获帧率 Capture Framerate 属性来解决这个问题。当该属性的值被设置为非 0 时，游戏速度将降低，桢更新将以精确的时间间隔定期执行。两桢之间的间隔等于 1 / Time.captureFramerate，因此，如果该值被设置为 5.0，那么桢更新每 1/5 秒发生一次。随着帧率的有效降低，Update 函数有充足的时间来保存屏幕截图或执行其他行为。

//C# script example
using UnityEngine;
using System.Collections;
public class ExampleScript : MonoBehaviour {
    // Capture frames as a screenshot sequence. Images are
    // stored as PNG files in a folder - these can be combined into
    // a movie using image utility software (eg, QuickTime Pro).
    // The folder to contain our screenshots.
    // If the folder exists we will append numbers to create an empty folder.
    string folder = "ScreenshotFolder";
    int frameRate = 25;
    void Start () {
        // Set the playback framerate (real time will not relate to game time after this).
        Time.captureFramerate = frameRate;
        // Create the folder
        System.IO.Directory.CreateDirectory(folder);
    }
    void Update () {
        // Append filename to folder name (format is '0005 shot.png"')
        string name = string.Format("{0}/{1:D04} shot.png", folder, Time.frameCount );
        // Capture the screenshot to the specified file.
        Application.CaptureScreenshot(name);
    }
}

//JS script example
// Capture frames as a screenshot sequence. Images are
// stored as PNG files in a folder - these can be combined into
// a movie using image utility software (eg, QuickTime Pro).
// The folder to contain our screenshots.
// If the folder exists we will append numbers to create an empty folder.
var folder = "ScreenshotFolder";
var frameRate = 25;
function Start () {
    // Set the playback framerate (real time will not relate to game time after this).
    Time.captureFramerate = frameRate;
    // Create the folder
    System.IO.Directory.CreateDirectory(folder);
}
function Update () {
    // Append filename to folder name (format is '0005 shot.png"')
    var name = String.Format("{0}/{1:D04} shot.png", folder, Time.frameCount );
    // Capture the screenshot to the specified file.
    Application.CaptureScreenshot(name);
}

使用这种技术录制的视频虽然通常看起来很不错，但是当游戏速度大幅降低时，游戏可能没法完了。为了保证充足的记录时间，并避免使播放器任务过度复杂化，你可能需要反复实验 Time.captureFramerate 的值。