本文通过游戏循环概述、游戏计时机制与游戏循环驱动的主要子系统的介绍

本文介绍了游戏循环概述、游戏计时机制以及由游戏循环驱动的主要子系统，并结合演示游戏《无限之路》，具体说明了各个子系统以及子系统的开发方法。为了便于理解，《通往无尽之路》作为一款大型游戏架构的方式，本游戏demo可以

《无尽之路》几乎没有美术资源，主要是使用Unity模型构建的，所以它看起来非常简陋。它有一个有很多球的地形，玩家在地面上移动，几个AI跟着玩家，在这个例子中有超过2000个球。游戏的规则也比较简单:玩家通过鼠标操作来移动游戏角色，游戏角色移动到哪里，上面的球就会掉下来，玩家打到哪里就会滴血。

游戏循环概述

节目及其特点

常见的程序，第一类是面向任务的被动处理软件，没有任务可以休眠。一般包括:命令行程序、GUI(图形用户界面)程序、操作系统服务、WEB服务、MIS(管理信息)系统、ERP(企业资源规划)系统和进销存系统以及财务软件等财务系统。这类软件的主要特点是被动处理。只有在请求函数时才需要处理它。如果你不提出请求，你不需要做任何事情，就会自动入睡。

第二类是自动控制软件。在给定设定值后，该软件通过调节器进行自动调节。这种软件的特点是主动处理，不能停止运行。特别是在工业控制中，如果软件停止运行，站点就会失控。

游戏程序与上述两类软件相比，有其独特之处。游戏最典型的特点是，游戏世界是对现实世界的模拟。即使是桌游这样的小游戏，也是对现实世界的模拟。大型游戏，尤其是rpg(角色扮演游戏)这是对真实世界的完全模拟。

更重要的是，游戏世界与现实世界相似，即使玩家什么都不做，游戏世界也能正常运行。正因为如此，游戏需要积极地运行，而游戏世界的运行驱动也会发生在游戏循环中。

游戏循环的角色和层次

在游戏产业中，游戏的循环被称为“心跳”。“游戏循环有三个目的:

①驱动世界。每当游戏“跳动”时，它就会对世界产生推动作用。

②驱动游戏中npc的行为。npc是非玩家角色，通常由AI控制。npc的行为也是由循环驱动的。

游戏世界与玩家之间的互动。

本文中提到的游戏循环主要是指程序循环的前端。它通常分为两个层次:游戏引擎循环和游戏逻辑循环，游戏循环通常是由底层引擎循环驱动的。

游戏引擎循环

实际上，3D引擎的循环模拟了真实世界的相机。在游戏世界中，你有一个带着相机观察世界的摄影师。所以，在3D引擎中，摄像机是主要概念。

此外，3D引擎的概念包括可移动物体、场景和ui。可移动的物体:可以在游戏中移动的物体。场景，通常是游戏中的游戏世界，游戏中所有的动作和事件都发生在这里。UI通常涉及玩家与游戏之间的互动。

在游戏中，引擎通常服务于摄像机、UI系统、场景管理以及游戏对象管理和支持。

主发动机循环由上面所示的五个步骤组成。

首先是游戏逻辑的循环。引擎中有一部分是驱动游戏逻辑循环的。npc、可移动物体位置的改变、属性的改变等等都是游戏循环的一部分。

其次，游戏逻辑控制可移动物体的位置、旋转、缩放等变化，并进行Transform更新。当游戏场景更加复杂时，可以使用空间数据结构管理，涉及二进制或八叉树，以及相应的数据结构更新。

然后，整个场景的渲染。在渲染场景之后，渲染UI，因为UI通常会覆盖在场景的表面。

最后，还有双缓冲开关。通常情况下，当游戏的一帧被显示出来时，另一帧就会被写入后台，这样显示就会更加连贯。

左边是一个构建的场景，带有相机的视角和各种对象的显示，右边是屏幕渲染，实际上是所有3D对象在相机的近裁剪表面上的投影。

游戏逻辑循环是由引擎驱动的。游戏逻辑通常是在引擎循环的每一帧的开始或结束时进行处理，而不是嵌入到中间。因为引擎的整个渲染需要被锁定，所以在中间所做的更改可能会影响到整个引擎管道。

游戏逻辑循环用于驱动游戏的子系统，包括网络、场景、资源、游戏对象、AI、战斗、故事和UI。游戏对象是玩家和npc, AI用于控制npc，战斗包括关于技能和增益的信息。

游戏逻辑循环通常有两种风格:

一种是事件驱动或消息驱动，类似于Windows的消息循环机制，具有更多的设计特性。

另一个是静态循环，它依次调用每个子系统的Tick(或“心跳”)，这很简单，也很容易理解。一般来说，游戏逻辑循环更可能是静态循环。因为游戏开发是一个合作的过程,和游戏开发时间较长,一般可能有人员流动,所以保持简单和可以理解的,更重要的是对于开发人员来说,为产品质量和简单,比使用这种技术可能更大。然而，事件或消息驱动方法的编写和调试更为复杂，而且代码不容易理解，因此不经常使用。

游戏循环分类

游戏循环主要有三种类型。第一个是Windows消息主循环。它在Windows上曾经是GUI系统(图形用户界面，图形用户界面)，Windows是消息驱动的，所以游戏循环是在Windows消息的主要循环。每当Windows程序处理完消息队列中的消息时，它就会触发游戏。

第二种类型是游戏框架的回调。这是OGRE，旧Windows系统上的开源引擎。它在每帧的开始和结束有两个回调，游戏引擎的循环在渲染当前场景之间。这两个回调函数实际上实现了游戏的逻辑，它们修改了游戏世界的逻辑层中的某些内容，这是由引擎表示的。

第三类是Unity3d。这使得游戏开发变得非常简单，开发者无需再去理解底线。它使用c#脚本，可以解释为事件驱动。但Unity3d实际上是直接在c++的MonoBehaviour中调用Awake、Start、Update和FixedUpdate，而不是使用c#的事件机制。

如上所述，游戏循环驱动子系统。每个子系统基本上都有一个“心跳”，循环是对每个子系统的“心跳”的依次调用。如果循环是静态的，您可以直观地看到各种子系统的调用。如果它是事件驱动的，您将看到一个已注册的列表循环Tick，它的变化取决于子系统是否工作。例如，一些系统可能不需要工作，因此可以从列表中删除它，并且Tick更少，因此性能可能会稍微好一些。但对于一般游戏中的系统，特别是rpg，大多数子系统都是有效的，所以这两种方法之间的差异非常小。

游戏时间

游戏中通常有两种时间类型:绝对时间和相对时间。对于相对的时间，你可以使用单位y的Time scale属性。该属性默认为1，当设置为2、3或4时，游戏进展更快，即相对时间。游戏是由心跳驱动的，这本质上是基于时间的游戏世界的模拟。相对时间是指以一定速度经过的时间，时间经过后会产生相应的影响。因此，如果这个时间的速度加快，整个演算的速度就会加快。

相对时间涉及两个概念，一个是加速重放，也称重放。例如，在《King》中，如果玩家断开了两名玩家之间的连接，当他们重新连接时，他们会看到所有的行动都加速了，这就像重玩游戏一样。

另一种是与重现相对应的反演，也称为时间反演。这种反转最终可以像视频录制一样无缝完成，每一帧都被记录下来，这样你就可以随意跳转到任何一帧。然而，反演的实现是困难的，因为可能不是每一帧都可以被记录下来，而是结合基于最近快照的演算来记录一个周期快照。

如果一个NPC在帧中被杀死，它就会消失。如果你没有记录任何内容，然后根据玩家的行动往回看，在这一帧中你只知道一个NPC消失了，但当你恢复时，你会发现关于这个NPC的许多信息都消失了。这是因为游戏的每一帧都是之前历史信息的积累，除非NPC信息被写下来，否则就很难逆转。因此，能够回到过去的游戏通常都具有先进的技术。

第二，帧时间和实时时间。帧时间是指每一帧的时间，循环中有各种滴答声，通常情况下，你从一帧到下一帧的时间，这样你就知道过去了多少时间。游戏中的逻辑通常以每帧的步长来计算。所以，在游戏中，大量帧时间就足够了。

实际的时间，实际的时间，任何需要花费的时间，都是到这一点的实际花费的时间。在游戏逻辑Tick中有许多移动如果每秒需要30帧，那么每帧最多只需要30ms。但是，如果操作时间为50ms，并且所有的操作都在此帧内完成，则帧率将降低一半。因此，一些逻辑处理需要划分为框架。要将一个操作划分为几个帧，您需要实时。在计算过程中，要注意已经实时计算了多长时间，根据预期的时间片，如果时间到了，操作就会暂停一段时间，到下一帧继续处理。

最后，有高精度的时间，这是依赖于硬件。可实现微秒级的高精度时间，主要用于性能分析。例如，当游戏运行非常慢时，你需要分析原因，你需要测量每个功能的成本，你需要微秒时间。

然后是垂直同步的概念。垂直同步在早期的阴极射线管显示器上使用，但在现代硬件上却不使用。如上图所示，CRT显示器使用电子枪快速逐行扫描屏幕上的点。如果你在电子枪扫描期间更新帧缓存，你会看到不同的颜色。例如，在上图中，如果缓存被更新了，底部的三行是蓝色的，那么最后一帧是紫色的，下一帧是蓝色的，那么这一帧就会被撕裂。为了解决这个问题，它通常会等待每个屏幕被扫描，然后把枪放回屏幕的左上角，这个过程被称为垂直同步。为了让每次更新都是垂直同步，游戏的帧率应该是监视器帧率的倍数，这样屏幕就不会成为问题。

虽然没有这样的概念或要求，但它仍然在引擎中可用。例如，Unity提供30和60帧的标准帧率，而手机游戏目前的标准帧率是30帧/秒。

游戏循环的并行性

我们都假设游戏循环是由渲染循环驱动的，但除了单线程之外，还有一种多线程的方式来运行它。只要你在渲染循环中做一个驱动，比如在启动游戏逻辑后，游戏循环戒指可以自己继续戴下去。

这种方法的典型优点是将逻辑与引擎的线程分离。如果游戏循环与呈现循环分离，那么游戏循环便不会影响玩家所看到的帧率，所以我们便能够更轻松地创造出具有更稳定帧率的游戏。此时，游戏循环和引擎可以在不同的帧率下工作。例如，游戏需要60帧每秒的视觉效果，但游戏逻辑只需要10帧每秒，这可以并行分离。

这种操作方式的缺点是它很复杂。游戏的逻辑实际上是向引擎提供数据。对于并行模式，逻辑和引擎是在两个线程中，这不可避免地会涉及到两个线程之间的数据同步，这将更加麻烦。

异步编程中最复杂的一个方面是锁定。假设一个锁被添加到整个Tick中，它将导致不必要的等待和低性能。如果两个线程的每个Tick都是一个锁，就相当于序列化，并且没有多线程。然而，锁的粒度相对较小，并且只锁那些真正需要同步的线程将会在逻辑上非常复杂，这很容易导致死锁或活动锁。

锁的使用因软件而异。在游戏软件中，由于游戏逻辑的复杂性，锁很少被使用。传统软件倾向于特定于行业，并具有相应的业务模型。这种业务模型趋向于稳定，并且从长期来看，业务中的许多东西，除了直接面向用户的部分，在后期阶段变更较少。所以你可以使用更复杂的技术，因为它不会被应用到所有地方。然而，对于游戏软件来说，所有的游戏设计都是由规划需求驱动的。规划和制作游戏有自己的追求，希望与众不同，这与软件工程的稳定性是完全冲突的。另外，游戏逻辑非常复杂，可以随时改变，所以通常不使用锁定游戏逻辑。本文不涉及游戏循环的知识网络和报文处理、逻辑数据管理、用户输入和操作、作战系统和热点更新。