如何在 MTKView 中计算帧时间步长/增量时间？

Question

我想在draw的MTKView方法中获取自最后一帧以来的时间（称为

timestep

或

deltatime

）。假设每秒 60 帧，我希望看到大约

0.017

的值。如果意外减速导致视图仅以每秒 30 帧的速度呈现，则该值应上升到大约

0.03

。我尝试了几种方法。

1/view.preferredFramesPerSecond

：

这种方法是不可取的，因为它假定所有帧都将在首选时间执行。如果有减速，时间步长将不准确。

C

clock()

函数：

我注意到，如果我尝试在

clock()

的

draw

方法中使用

MTKView

，deltatime 会关闭大约 10 倍。

最小可复制示例：

在 Xcode 中创建一个新的 'Metal' 游戏模板。应该渲染旋转的彩色立方体的那个。然后，在每帧更新的

draw

方法中，添加行：

// Objective-C
printf("%f\n", (double)clock()/CLOCKS_PER_SEC);

// Swift
print(Double(clock())/Double(CLOCKS_PER_SEC))

构建并观察打印的数字和控制台。

数字以不规则且缓慢的速度增加（大约每秒 0.1 个），而不是稳定地每秒增加 1 个。

我还尝试将之前的结果存储在一个变量中，然后从当前结果中减去并除以

CLOCKS_PER_SEC

。我看到不正确的 deltatime 值约为

0.001

.

显然这是因为

clock()

得到的是 CPU 使用时间而不是实时。

clock()

功能不适用于此。

buffer.gpuEndTime-buffer.gpuStartTime

：

这种方法与

clock()

方法有类似的问题，但更糟。当没有几何图形被渲染时，我看到 deltatime 下降到大约

1.0e-5

（100 microseconds）。这是几个数量级。

我也试过

buffer.kernelStartTime

而不是

buffer.gpuStartTime

无济于事。

此方法还需要 MacOS 10.15 或更新版本。这是不可取的，因为代码应该尽可能向后兼容。

研究：

我找不到关于将

clock()

与 Metal 游戏一起使用的相关结果，或者关于如何在 Metal 或

MTKView

中获得任何时间步长或增量时间的相关结果。

---

如何在 Metal 中简单地获取帧的增量时间（例如，用于精确的物理模拟）？

Answer 1

来自苹果文档：

您可以使用命令缓冲区的 GPUEndTime 和 GPUStartTime 计算 GPU 运行时间的属性 命令缓冲区：

__block dispatch_semaphore_t block_sema = _inFlightSemaphore;
[commandBuffer addCompletedHandler:^(id<MTLCommandBuffer> buffer)
 {
    CFTimeInterval start = buffer.GPUStartTime;
    CFTimeInterval end = buffer.GPUEndTime;
    
    CFTimeInterval gpuRuntimeDuration = end - start;
    printf("%f \n", gpuRuntimeDuration);
    
    dispatch_semaphore_signal(block_sema);
 }];

---

问题：数字以不规则且缓慢的速度增长（大约0.1 每秒）而不是稳定的每秒 1。

正确执行：

clock_t c = clock();
/* .... */
printf("Time: %g sec.\n", (double)(clock() - (c)) / CLOCKS_PER_SEC);

Answer 2

我想获得自上一帧以来的时间（称为时间步长或 deltatime) 在 MTKView 的 draw 方法中。我希望看到的值 大约 0.017 假设每秒 60 帧。这 如果意外减速导致该值应升至 0.03 左右 视图以每秒仅 30 帧的速度呈现。我尝试了几种方法。

在您的类实现中声明两个

CFAbsoluteTime

类型变量：

@implementation Renderer {

    /*.....*/
    CFAbsoluteTime _deltaTime;
    CFAbsoluteTime _currentFrameTime;
}

然后像这样更新您的

MTKView

绘制方法：

- (void)drawInMTKView:(MTKView *)view {
    CFAbsoluteTime currentTime = CACurrentMediaTime();
    _deltaTime          = currentTime - _currentFrameTime;
    _currentFrameTime   = currentTime;
    NSLog(@"%f", _deltaTime);

    /*.....*/
}