从帧概念到动态模糊

什么是帧

帧（Frame）可以理解为，在某个时刻的一个画面。
动画（纯粹字面上的意思，不限于二次元），就是在一定速率下，将不同时刻的画面，进行计算机的屏幕刷新的结果。

组合成帧动画:

帧与帧之间发生了什么

对于视频流来说，如何实现让画面动起来的效果呢？

就以游戏来说，每一帧所呈现的画面，都与当前帧绘制之前的逻辑处理有关。
而处理内容主要有：

• 根据当前帧玩家的输入或其他操作事件，对游戏物体进行生成、销毁、空间或仿射变换；
• 实际运行中，每帧之间的时间间隔不固定，因而需要根据实际跟上一帧的时间间隔，来进行仿射变换或其他数据处理；
• 当处理好游戏的数据之后，游戏引擎以及计算机图形接口，会将游戏数据对应的渲染信息（对于3D场景，会将各个物体顶点的三维坐标，进行投影，转换成屏幕坐标），绘制到屏幕而形成一个画面（即帧）。

Unity的Update函数示例 如下所示，该脚本在每一帧（Unity每帧调用一次Update函数）中，检测游戏物体是否超出屏幕，如果超出则销毁该游戏体。

using UnityEngine;

public class TestBhv : MonoBehaviour {
    // Update is called once per frame
    void Update() {
        if (isOutboundary()) {
            Destroy(this.gameObject); // 如果超出边界，则销毁游戏体
        }
    }
    // 检测是否超出边界
    bool isOutboundary() {
        Vector2 pos = Camera.main.WorldToScreenPoint(this.transform.position);
        if (pos.x <= 0 || pos.x >= Screen.width || pos.y <= 0 || pos.y >= Screen.height) {
            return true;
        }
        return false;
    }
}

动画与帧的关系

动画一般是跟时间绑定的，而在实际的游戏开发逻辑中，时间却是以帧进行划分的。

就以一个简单的平移动画来说，要如何在3秒内，将一个游戏体O从A点移动到B点？

一般地，我们很容易想到的就是，启一个时间间隔为0.1秒（也可以是其他值）的定时器，然后在定时器回调中，将游戏体O移动(0.1*AB/3)的距离。

然而，这种做法是不准确的，更为严谨的移动方式（以下方式，假定定时器执行回调时，不自带实际所花时间间隔的参数，对于一些游戏引擎，定时器回调函数中是会自带该参数的）是：

• 首先在启动定时器时，记录当前时间戳；
• 然后在定时器回调中，根据当前时间和之前记录的时间戳，获得实际的时间间隔，然后根据该值换算出距离，进行平移，同时重置所记录的时间戳为当前时间。

注：这里的定时器，必须确保不能阻塞住当前进程，否则会出现画面卡住的现象。

对于Unity来说，不用创建额外的定时器，可以直接给游戏体O绑定一个脚本，在脚本的Update函数中，根据当前与上一帧的时间间隔进行移动即可。

using UnityEngine;

public class TestBhv : MonoBehaviour {
    public float m_velocity = 1;
    // Update is called once per frame
    void Update() {
        // 每帧向y轴移动m_velocity*Time.deltaTime距离，其中的Time.deltaTime为距离上一帧的时间间隔
        this.transform.Translate(0, m_velocity * Time.deltaTime, 0);
    }
}

帧率的定义

帧率（FPS,Frames Per Second）是指，每秒所运行的帧数。
大部分的电影，是将已生成好的图片，根据一定帧率（24FPS）进行播放，从而形成连贯的画面。
而在3D游戏中，一般是实时生成当前时刻的画面，按照30、60或更高的帧率进行屏幕刷新。

也许你会有疑问，为什么在玩游戏时，低帧率情况下会遇到画面不连贯的情况，而在观看电影时，却很顺畅呢？

答案就是，动态模糊技术。

对于电影的画面来说，由于是用镜头拍摄的，而镜头会有曝光时间，因此拍摄出来的移动中的物体，往往会带有运动残留效果。

而对于画面不连贯的游戏来说，由于没有考虑运动残留问题，每一帧都是物体当时的确切位置，因而给人以画面跳跃感。不过，有些游戏引擎支持了动态模糊的技术，允许在一帧中计算出动态模糊所需数据，从而渲染出的画面很好地体现了动态残留效果。

为什么游戏帧率是30的倍数呢？ 在一些游戏主机上，如PS4和XBox，帧率会限制在30，所以大部分游戏制作者，都会将最低帧率设为30。然后，对于有更高的画质需求的玩家，进行整数倍的帧率变化所做的计算和设计工作，会比其他倍数更容易一些。

很多人都以为帧率越高越好，但实际真是这样的么？ 首先要明白，帧率越高，代表每秒电脑屏幕渲染的次数越多，每秒的计算量也越大，这就得确保电脑和显卡的配置必须更高，才能达到计算和渲染的要求。 其次，人眼识别动态画面的帧率是有一定峰值的，当高于这个峰值时，再高的帧率对人来说，也没多大影响。 因此，帧率并不是越高越好，合适就行。

什么是锁帧？ 在游戏实际运行中，帧率的不稳定，会给人以画面撕裂感和卡顿现象。尤其在每时每刻都是最大帧率运行的情况下，这种问题特别容易发生（帧率高可能会导致显卡每秒输出画面，高于屏幕的刷新速率）。
所以游戏开发商，一般会采用锁帧的方式，强制帧率在某一个定值。这时候的游戏运行画面都能较好地契合帧率，达到垂直同步效果，而避免画面时快时慢的撕裂感，提高了流畅度。同时还能有富余的效能，进行一些预处理逻辑，及保证游戏的稳定运行。

动态模糊与应用场景

前面提到了动态模糊技术，能使低帧率的画面连贯起来后，给人以流畅感。

但是，在高帧率的情况下，也进行动态模糊，会出现什么情况呢？ 在高帧率下使用动态模糊，会使画面具有粘滞感（大概是指不利落感觉吧），甚至会让人产生晕眩感。尤其在FPS（第一人称设计）游戏中，会影响玩家的判断，从而在操作上产生偏差。

如今的大部分游戏，都允许玩家对锁帧的值和运动模糊的开关进行手动设置，所以玩家可以根据自己所使用的游戏设备，进行相关配置的调整，从而达到理想的游戏画面。