Цикл рендеринга Java и логический цикл

Я работал над общей игрой в стиле 2D-плитки. В настоящее время в моем основном потоке у меня есть цикл, который работает настолько быстро, насколько это возможно, и вызывает метод перерисовки JPanel, который находится в другом классе, который обрабатывает игровой материал. Это выглядит так:

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Island test = new Island();
        while(true) {
            test.getCanvas().requestFocus();
            test.getCanvas().repaint();
        }
    }
}

getCanvas() просто возвращает JPanel.

В настоящее время это сделало то, что я хотел, теперь, когда я начал добавлять движение для игрока, и, очевидно, я не хочу перемещать его по экрану так быстро, как только могу. Итак, у меня есть карта ввода и карта действий в моем классе Island, которые обнаруживают нажатия и отпускания клавиш и сообщают моему классу игроков, какие клавиши удерживаются. Затем я перемещаю своего игрока внутри класса игрока с помощью таймера свинга, который вызывается каждые 10 мс. Так что, я думаю, это похоже на мой игровой тик, моя игра будет делать кадры настолько быстро, насколько это возможно, а затем игра выполняет всю свою логику 100 раз в секунду, я, конечно, буду добавлять больше в игровую логику, а не только движение.

После проведения некоторых исследований выяснилось, что таймер свинга - не лучший способ сделать это, поскольку он предназначен для выполнения небольших задач и задач свинга. Итак, я думаю, мой вопрос в том, разумно ли делать мои кадры такими, как я, в моем основном методе, и что было бы хорошим способом заставить мою игру надежно тикать каждые 10 мс или что-то еще? У меня было несколько идей, например, может быть, мне следует создать новый поток, который обрабатывает логику игры, и использовать System.getnanotime или что-то еще, что он вызывает, чтобы измерить время, необходимое для выполнения тика, а затем сделать небольшой thread.sleep для однако долго, пока мы не достигнем 10 мс, а затем повторим.

Я рад опубликовать больше кода, если хотите :), и заранее спасибо.


person Iain    schedule 03.05.2013    source источник


Ответы (2)


Стандартный способ сделать это в Thread. Вот стандартная игра barebones game thread

public class GameThread implements Runnable {
    private Thread runThread;
    private boolean running = false;
    private boolean paused = false;
    public GameThread() {
    }

    public void start() {
        running = true;
        paused = false;
        if(runThread == null || !runThread.isAlive())
            runThread = new Thread(this);
        else if(runThread.isAlive())
            throw new IllegalStateException("Thread already started.");
        runThread.start();
    }

    public void stop() {
        if(runThread == null)
            throw new IllegalStateException("Thread not started.");
        synchronized (runThread) {
            try {
                running = false;
                runThread.notify();
                runThread.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public void pause() {
        if(runThread == null)
            throw new IllegalStateException("Thread not started.");
        synchronized (runThread) {
            paused = true;
        }
    }

    public void resume() {
        if(runThread == null)
            throw new IllegalStateException("Thread not started.");
        synchronized (runThread) {
            paused = false;
            runThread.notify();
        }
    }

    public void run() {
        long sleep = 0, before;
        while(running) {
            // get the time before we do our game logic
            before = System.currentTimeMillis();
            // move player and do all game logic
            try {
                // sleep for 100 - how long it took us to do our game logic
                sleep = 100-(System.currentTimeMillis()-before);
                Thread.sleep(sleep > 0 ? sleep : 0);
            } catch (InterruptedException ex) {
            }
            synchronized (runThread) {
                if(paused) {
                    try {
                        runThread.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
        paused = false;
    }
}

Обратите внимание, что вам нужно будет вызвать gameThead.start(), чтобы начать игру!

person ug_    schedule 03.05.2013
comment
Это похоже на то, что я был после! Я только что закончил его реализацию, однако он работает не совсем так, как предполагалось. Я думаю, что он просто работает очень быстро, поэтому я просто увеличиваю масштаб карты, то, что у меня есть, является основным, поэтому я еще не обнаруживаю края карты. Я отвечу вскоре после дополнительной настройки, но сейчас спасибо! :) - person Iain; 03.05.2013
comment
Просто быстрый вопрос, не должен ли он быть runThread.sleep() или теперь так это работает? - person Iain; 03.05.2013
comment
Thread.sleep — это статический метод, который воздействует на любой поток, выполняющий эту строку кода. - person Philip Whitehouse; 03.05.2013
comment
Спасибо, я исправил свои проблемы, и теперь все работает отлично, мне пришлось спать = 100-(System.currentTimeMillis()-before); заставить его работать - person Iain; 03.05.2013
comment
@Iain Не забудьте проверить, больше ли System.currentTimeMillis()-before 100 - person nullptr; 03.05.2013
comment
должен ли этот код (sleep › 0 ? sleep : 0) из строки сна не давать такого эффекта? - person Iain; 04.05.2013
comment
Некоторые хорошие моменты, сделанные здесь, которые я пропустил. @nullptr вы правы, есть пограничный случай, когда currentTimeMillis() будет переноситься на long.maxlength и может вызвать проблемы, я забыл проверить это. - person ug_; 04.05.2013
comment
@lain попробуйте изменить свое движение с 10 пикселей или что-то еще на 10 пикселей в секунду, скажем, ваше уравнение движения выглядит так: char.x += 10; измените его на этот char.x += 10*(sleep/1000). поэтому независимо от того, как долго ваш поток спит, ваш персонаж (постоянно двигающийся) всегда будет двигаться на 10 пикселей в секунду. - person ug_; 04.05.2013
comment
@ ns47731 Этот пограничный случай также возникает, если для рисования кадра требуется более 100 мс. - person nullptr; 04.05.2013
comment
@nullptr Ты уверен? если у вас есть время до 8:00 и после 10:00, ваше время сна будет: 100-(1000-800) = -100; Ошибка, которую я проверил с помощью сна › 0? sleep : 0. Однако, если время завернуто в длинное максимальное значение, тогда оно будет › 100 - person ug_; 04.05.2013
comment
@ ns47731 ns47731 цикл паузы должен быть решен более аккуратно :), возможно, следует вставить еще один Thread.sleep(100); с помощью try-catch. - person gaborsch; 04.05.2013

Создание хорошего игрового цикла (для оконного приложения) без загрузки процессора на 100% на самом деле очень сложная задача. Боковая прокрутка, анимирующая спрайт с постоянной скоростью, легко вводит рывки, если их можно увидеть.

После запуска нескольких идей это оказалось лучшим, боковая прокрутка в большинстве случаев плавная. VSYNCing - это то, что может хорошо работать в оконном режиме или нет, я нашел разные результаты на разных машинах и ОС.

Тестовое приложение не использует SwingUI, потому что большинству игр он все равно не нужен. Gameloop — это активный цикл обновления-рендеринга без внешних потоков, что упрощает программирование. Используйте обратный вызов keyPressed для обновления флаговых переменных firePressed=true и т. д. и использования значений в цикле.

Запустить тестовое приложение c:> java -cp ./classes GameLoop2 "fullscreen=false" "fps=60" "vsync=true"

//http://www.javagaming.org/index.php/topic,19971.0.html
//http://fivedots.coe.psu.ac.th/~ad/jg/ch1/ch1.pdf

import java.util.*;

import java.awt.Color;
import java.awt.Frame;
import java.awt.Graphics;
import java.awt.GraphicsConfiguration;
import java.awt.GraphicsDevice;
import java.awt.GraphicsEnvironment;
import java.awt.Toolkit;
import java.awt.event.KeyEvent;
import java.awt.event.KeyListener;
import java.awt.geom.Rectangle2D;
import java.awt.image.BufferStrategy;

import java.awt.DisplayMode; // for full-screen mode

public class GameLoop2 implements KeyListener {
    Frame mainFrame;

    private static final long NANO_IN_MILLI = 1000000L; 

    // num of iterations with a sleep delay of 0ms before
    // game loop yields to other threads.
    private static final int NO_DELAYS_PER_YIELD = 16;

    // max num of renderings that can be skipped in one game loop,
    // game's internal state is updated but not rendered on screen.
    private static int MAX_RENDER_SKIPS = 5;

    private static int TARGET_FPS = 60;

    //private long prevStatsTime;
    private long gameStartTime;
    private long curRenderTime;
    private long rendersSkipped = 0L;
    private long period; // period between rendering in nanosecs

    long fps;
    long frameCounter;
    long lastFpsTime;

    Rectangle2D rect, rect2, rect3;

    /**
     * Create a new GameLoop that will use the specified GraphicsDevice.
     * 
     * @param device
     */
    public GameLoop2(Map<String,String> args, GraphicsDevice device) {
        try {
            if (args.containsKey("fps"))
              TARGET_FPS = Integer.parseInt(args.get("fps"));


            // Setup the frame
            GraphicsConfiguration gc = device.getDefaultConfiguration();

            mainFrame = new Frame(gc);
            //mainFrame.setUndecorated(true);
            mainFrame.setIgnoreRepaint(true);
            mainFrame.setVisible(true);
            mainFrame.setSize(640, 480);
            //mainFrame.setLocationRelativeTo();
            mainFrame.setLocation(700,100);
            mainFrame.createBufferStrategy(2);
            mainFrame.addKeyListener(this);

            if ("true".equalsIgnoreCase(args.get("fullscreen"))) {
              device.setFullScreenWindow(mainFrame);
              device.setDisplayMode(new DisplayMode(640, 480, 8, DisplayMode.REFRESH_RATE_UNKNOWN));
            }

            final boolean VSYNC = "true".equalsIgnoreCase(args.get("vsync"));

            // Cache the buffer strategy and create a rectangle to move
            BufferStrategy bufferStrategy = mainFrame.getBufferStrategy();

            rect = new Rectangle2D.Float(0,100, 64,64);
            rect2 = new Rectangle2D.Float(0,200, 32,32);
            rect3 = new Rectangle2D.Float(500,300, 128,128);

            // loop initialization
            long beforeTime, afterTime, timeDiff, sleepTime;
            long overSleepTime = 0L;
            int noDelays = 0;
            long excess = 0L;
            gameStartTime = System.nanoTime();
            //prevStatsTime = gameStartTime;
            beforeTime = gameStartTime;

            period = (1000L*NANO_IN_MILLI)/TARGET_FPS;  // rendering FPS (nanosecs/targetFPS)
            System.out.println("FPS: " + TARGET_FPS + ", vsync=" + VSYNC);
            System.out.println("FPS period: " + period);


            // Main loop
            while(true) {
               // **2) execute physics
               updateWorld(0);                  

               // **1) execute drawing
               Graphics g = bufferStrategy.getDrawGraphics();
               drawScreen(g);
               g.dispose();

               // Synchronise with the display hardware. Note that on
               // Windows Vista this method may cause your screen to flash.
               // If that bothers you, just comment it out.
               if (VSYNC) Toolkit.getDefaultToolkit().sync();

               // Flip the buffer
               if( !bufferStrategy.contentsLost() )
                   bufferStrategy.show();

               afterTime = System.nanoTime();
               curRenderTime = afterTime;
               calculateFramesPerSecond();

               timeDiff = afterTime - beforeTime;
               sleepTime = (period-timeDiff) - overSleepTime;
               if (sleepTime > 0) { // time left in cycle
                  //System.out.println("sleepTime: " + (sleepTime/NANO_IN_MILLI));
                  try {
                     Thread.sleep(sleepTime/NANO_IN_MILLI);//nano->ms
                  } catch(InterruptedException ex){}
                  overSleepTime = (System.nanoTime()-afterTime) - sleepTime;
               } else { // sleepTime <= 0;
                  System.out.println("Rendering too slow");
                  // this cycle took longer than period
                  excess -= sleepTime;
                  // store excess time value
                  overSleepTime = 0L;
                  if (++noDelays >= NO_DELAYS_PER_YIELD) {
                     Thread.yield();
                     // give another thread a chance to run
                     noDelays = 0;
                  }
               }

               beforeTime = System.nanoTime();

               /* If the rendering is taking too long, then
                  update the game state without rendering
                  it, to get the UPS nearer to the
                  required frame rate. */
               int skips = 0;
               while((excess > period) && (skips < MAX_RENDER_SKIPS)) {
                  // update state but don’t render
                  System.out.println("Skip renderFPS, run updateFPS");
                  excess -= period;
                  updateWorld(0);
                  skips++;
               }
               rendersSkipped += skips;
            }
        } catch (Exception ex) {
            ex.printStackTrace();
        } finally {
            device.setFullScreenWindow(null);
        }
    }

    private void updateWorld(long elapsedTime) {
        // speed: 150 pixels per second
        //double xMov = (140f/(NANO_IN_MILLI*1000)) * elapsedTime;
        double posX = rect.getX() + (140f / TARGET_FPS);
    if (posX > mainFrame.getWidth())
        posX = -rect.getWidth();    
    rect.setRect(posX, rect.getY(), rect.getWidth(), rect.getHeight());

        posX = rect2.getX() + (190f / TARGET_FPS);
    if (posX > mainFrame.getWidth())
        posX = -rect2.getWidth();   
    rect2.setRect(posX, rect2.getY(), rect2.getWidth(), rect2.getHeight());         

        posX = rect3.getX() - (300f / TARGET_FPS);
    if (posX < -rect3.getWidth())
        posX = mainFrame.getWidth();
    rect3.setRect(posX, rect3.getY(), rect3.getWidth(), rect3.getHeight());         

    }

    private void drawScreen(Graphics g) {
        g.setColor(Color.BLACK);
        g.fillRect(0, 0, mainFrame.getWidth(), mainFrame.getHeight());
        g.setColor(Color.WHITE);
        g.drawString("FPS: " + fps, 40, 50);

        g.setColor(Color.RED);
        g.fillRect((int)rect.getX(), (int)rect.getY(), (int)rect.getWidth(), (int)rect.getHeight());

        g.setColor(Color.GREEN);
        g.fillRect((int)rect2.getX(), (int)rect2.getY(), (int)rect2.getWidth(), (int)rect2.getHeight());

        g.setColor(Color.BLUE);
        g.fillRect((int)rect3.getX(), (int)rect3.getY(), (int)rect3.getWidth(), (int)rect3.getHeight());
    }

    private void calculateFramesPerSecond() {
        if( curRenderTime - lastFpsTime >= NANO_IN_MILLI*1000 ) {
            fps = frameCounter;
            frameCounter = 0;
            lastFpsTime = curRenderTime;
        }
        frameCounter++;
    }

    public void keyPressed(KeyEvent e) {
        if( e.getKeyCode() == KeyEvent.VK_ESCAPE ) {
            System.exit(0);
        }
    }

    public void keyReleased(KeyEvent e) { }
    public void keyTyped(KeyEvent e) { }

    public static void main(String[] args) {
        try {
        Map<String,String> mapArgs = parseArguments(args);

            GraphicsEnvironment env = GraphicsEnvironment.getLocalGraphicsEnvironment();
            GraphicsDevice device = env.getDefaultScreenDevice();
            new GameLoop2(mapArgs, device);
        } catch (Exception ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
    }


    /**
     * Parse commandline arguments, each parameter is a name-value pair.
     * Example: java.exe MyApp "key1=value1" "key2=value2"
     */
    private static Map<String,String> parseArguments(String[] args) {
        Map<String,String> mapArgs = new HashMap<String,String>();

        for(int idx=0; idx < args.length; idx++) {
            String val = args[idx];
            int delimIdx = val.indexOf('=');
            if (delimIdx < 0) {
                mapArgs.put(val, null);
            } else if (delimIdx == 0) {
                mapArgs.put("", val.substring(1));
            } else {
                mapArgs.put(
                    val.substring(0, delimIdx).trim(),
                    val.substring(delimIdx+1)
                );
            }
        }

        return mapArgs;
    }

}

Логика Gameloop может показаться сумасшедшей, но поверьте мне, она работает на удивление хорошо. Попробуйте. изменить: одновременный запуск диспетчера задач создает рывки в плавной анимации. Думаю, обновление статистики инструментовки дает сильный удар.

person Whome    schedule 03.05.2013
comment
Это очень похоже на код, который я написал прошлым летом. Хотя это кажется его компактной версией, и я помню, что у меня были некоторые проблемы со сном и синхронизацией обновлений в секунду и кадров в секунду , при одинаковой целевой ставке. Я мог бы позаимствовать некоторые идеи отсюда, в какой-то момент в будущем. - person afsantos; 04.05.2013
comment
Извините, я только сейчас заметил ваш ответ. Сейчас уже поздно, завтра посмотрю получше. Я очень ценю ваш вклад! Одна вещь, которую я заметил, однако, это то, что у него фиксированный FPS, и я подумал, что, возможно, было бы лучше сделать как можно больше кадров в секунду и выполнять игровую логику с заданными интервалами, чтобы моя игра работала на более широком спектре машин? В любом случае, спасибо :) - person Iain; 04.05.2013
comment
Я не эксперт, а геймлуп действительно сложный вопрос, особенно когда в игру вступает физика. Мне бы хотелось увидеть альтернативные (Java) решения, в которых три спрайта перемещаются влево‹-›вправо, как в моем примере. См. gafferongames.com/game-physics/fix-your-timestep и gamedev.stackexchange.com /questions/1589/ обсуждения для получения дополнительной информации. - person Whome; 04.05.2013