Unity学习笔记--FixedUpdate真的是固定时间调用一次吗？

news2024/11/25 20:31:15

前言

我相信大家在学习Unity的时候，Update是每一帧调用，而FixedUpdate是固定时间调用一次。
一开始我们对这个知识深信不疑（楼主也是 =.=| ）

不过当我们学的更深入时，发现Unity其实是单线程的，所以它的生命周期肯定也是同步的

引出问题

那么疑问就来了，既然是单线程的，那假设我现在机器卡了，可能1秒才调用一次Update，也就是1帧，那么假设FixedUpdate的更新频率是50FPS（0.02s），那么FixedUpdate还会每隔0.02时间调用一次吗？

猜测

由于我们知道Unity是单线程的，那么肯定不会单独给FixedUpdate开一个线程，然后调用它。
所以我们猜测FixedUpdate其实不是每隔固定一个真实世界的时间调用一次

推测

如果我们来重复一下各位测试FixedUpdate时经常采用的方式：打印两次调用之间的时间间隔，或者是计算每次调用的累积时间，但区别在于我直接使用了真实的时间：

void FixedUpdate()
{
    Debug.Log("FixedUpdate realTime: " + Time.realtimeSinceStartup);
}

void Update()
{
    Debug.LogError("Update realTime: " + Time.realtimeSinceStartup);
}

为了以示区别，正常的Log是FixedUpdate，LogError是Update，并且设定整个游戏的更新频率为30FPS。

在这里插入图片描述
（图片来自网络）

通过上图可以发现，FixedUpdate并不是间隔0.02s才调用一次，相反，它有可能在Update之前调用多次。

例如刚启动时，在某次Update之前连续调用了11次FixedUpdate，而之后每次Update调用之前都会调用1~2次FixedUpdate方法，这也很好理解，因为FixedUpdate的频率是50FPS，而我们设定的更新频率为30FPS，FixedUpdate的调用次数势必要多于Update。

所以，FixedUpdate除了用来处理物理逻辑之外并不适合处理其他模块的逻辑，尤其是当大家的潜意识里都笃定它的更新频率是固定的时候。因为这很危险，比如一个需要状态同步的游戏要求按照固定的频率向目标同步状态，如果贸然采用FixedUpdate方法，就会出现上图那样可能在短时间内多次调用的问题。所以最好只在物理逻辑的处理中使用FixedUpdate，而不要滥用。

可变增量时间

ok，那我们来看看游戏引擎的定时器是如何来实现的吧。假设我们手头没有一个现成的游戏引擎，一切都需要自己来实现，那么一个最简单的游戏循环大概就是下面这个样子的。

double lastTime = Timer.GetTime();
...

while (!quit()){

  double currentTime = Timer.GetTime();
  double frameTime = currentTime - lastTime ;

  UpdateWorld(frameTime);
  RenderWorld();

  lastTime = currentTime;
}

这种实现方式使得增量时间和具体的机器设备相关，并且它每一次的时间增量都不一定相同。

当机器十分快时，引擎可能通过线程休眠来保证固定的FPS。

while(timeout > 0.001 && deltaTime<timeout)
{
    //...休眠后计算新的增量时间
}

所以看上去整个游戏保证一个大致的更新频率似乎不难。但是现在问题的关键在于每次更新时的时间增量无法保证相同。而在物理模拟中，保证一个固定的增量时间是十分重要的。这是因为在游戏引擎进行物理模拟时要使用数值积分，而作为最简单的数值积分方法——欧拉法在游戏引擎中大量使用。

由于此时计算的是真实的时间，而真实的增量时间无法保证固定，那换一个思路，我们把参与物理模拟的增量时间当做一个常量可以吗？换句话说，不论游戏的更新频率如何，参与物理模拟的增量时间是一个常数。

固定增量时间

一个最简单的固定增量时间的实现，显然就是将固定的增量时间作为一个常量参数传递给物理模拟模块，这样我们就能够保证物理模拟的增量时间固定，同时还能将物理模拟的更新频率和游戏引擎的更新频率进行解耦——物理的模拟不受引擎的更新频率影响，无论游戏的更新频率是多少，传递给物理模拟的增量时间都是一个常量。

这里还拿Unity引擎来举例子，默认情况下项目的Fixed Timestep的值为0.02s。也就是说物理模拟的频率是50FPS，假设我们的游戏的更新频率是25FPS，那么会发生什么呢？没错，游戏每1次Update时，物理模拟都要推进2次，也就是之前我们看到的在Update之前多次调用了FixedUpdate。那么如果我们的游戏更新频率是100FPS呢？这次就变成了每2次Update调用1次FixedUpdate。

这也就解释了为何有的朋友在做相关的小测试的时候，在每次FixedUpdate内打印Time.deltaTime时输出的都是0.02了，因为在FixedUpdate方法内获取Time.deltaTime并非两次调用FixedUpdate之间真实的时间间隔，而是来自我们在项目的Time设置内设置的值——它是一个与真实时间无关的常量。

那么这种固定增量时间的逻辑如何用代码表示呢？很简单，只需要在主循环的内部，再来一个二级循环。

double  simulationTime = 0;
double  fixedTime = 20;

while (!quit()){

  double  realTime = Timer.GetTime();

  while (simulationTime < realTime){
         simulationTime += fixedTime; 
         UpdateWorld(fixedTime);
  }

  RenderWorld();
}

而Unity的实现显然也是类似的，这个在Unity手册中关于执行顺序的相关章节内可以看到。

在这里插入图片描述

上图标明了FixedUpdate是属于物理模拟模块的，同时在主循环的内部，物理模拟的部分还有一个二级循环。

总结

FixedUpdate其实按照严格意义上来说，不会是每隔一个固定时间调用一次。注意：我说的是调用一次。

例如现在游戏1秒内调用10次Update，也就是0.1秒调用一次，假设FixedUpdate的更新频率是50FPS（0.02s），那么Update执行一次，FixedUpdate应该执行5次

那么就会出现下面的情况

while(!quit())
{
	// 由于Unity的生命周期，所以FixedUpdate会比Update先执行
	FixedUpdate();//第一次
	FixedUpdate();//第二次
	FixedUpdate();//第三次
	FixedUpdate();//第四次
	FixedUpdate();//第五次
	
	Update();
}