精确控制FPS的程序框架

经常看到有人讨论如何在主循环中控制帧速的问题,很多人使用Sleep之类的函数,其实Sleep本身虽然能释放CPU,但无法做到精确控制FPS的值,这里介绍一种比较巧妙的框架,对FPS可以做到比较精确的控制,而且也不会占用CPU。
这个框架用到了两个比较关键的函数:
    timeSetEvent,调用这个函数后,操作系统创建了一个后台线程,这个线程由winmm.dll控制,按照指定的频率执行指定某函数或者将某个信号设置为“有信号”。
    MsgWaitForMultipleObjects,这个函数和WaitForMultipleObjects相比,除了等待多个信号外,同时还可以同时等待指定的窗口消息。

这个框架的原理就是首先创建一个Event作为渲染信号,并且用timeSetEvent函数按照帧速频率控制它变为“有信号”


// Create render signal event
HANDLE g_hTickEvent = ::CreateEvent(NULL, FALSE, FALSE, NULL);
ResetEvent(g_hTickEvent);
 
// Create time event
MMRESULT g_hEventTimer = ::timeSetEvent(
    (INT)(1000.0f/MAX_FPS), 
    1, 
    (LPTIMECALLBACK)g_hTickEvent, 
    0, 
    TIME_PERIODIC|TIME_CALLBACK_EVENT_SET);

在主循环中,使用MsgWaitForMultipleObjects释放CPU,如果等待的结果是渲染信号,则进入渲染函数,如果是窗口消息,则进入消息处理函数


MSG msg;
ZeroMemory( &msg, sizeof(msg) );
 
while(msg.message!=WM_QUIT)
{
    if(WAIT_OBJECT_0 == MsgWaitForMultipleObjects(1, &g_hTickEvent, FALSE, 1000, QS_ALLINPUT))
    {
        Render();
    }
    else
    {
        while(PeekMessage(&msg, NULL, 0, 0, PM_REMOVE)) 
        { 
            if(msg.message==WM_QUIT) break;
        
            TranslateMessage(&msg);
            DispatchMessage(&msg);
        };
    }
}



使用的 主要技术有: 1、大面积山脉渲染,使用Heightmap构造地形,7级 LOD 细节精度,地形无限重复循环 。 2、清晰、自然的地表贴图。 3、读取.MD2 、.MS3D 格式的3D模型文件。 4、粒子系统,产生爆炸、炊烟等特效。 5、太阳光晕。 6、使用Blend模拟Brightness/contrast调节图象亮度。 操作控制 可以在GameSetting菜单中设定: 1.视频属性 ( Video Setting ) 1).屏幕分辨率( Resolution ) 游戏率默认为800*600,在任务执行前可改变分辨率,但不会立即生效,只有在初始化任务时才改变分辨率。 2).屏幕亮度( Brigthness ) 在不同的硬件配置上,屏幕亮度往往表现出较大差异,通过该项可将亮度调节到最佳。 3).视野范围 ( Visible Distance ) 调节地形绘制的距离。对于配置较低的硬件,适当降低视野距离可提高帧速率,但由于远处地形网格较粗,对帧速率提高贡献并不大。 4).雾浓度 ( Fog Density ) 2.音频属性 ( Audio Setting ) 1).背景音乐(music) 可以打开或关闭背景音乐,可以调节音量。 音乐播放 audio/music/menu.mp3 ,如果你有自己喜爱的mp3音乐文件可以将它替换 menu.mp3 文件。 2).音效( sound ) 可以打开或关闭音效,可以调节音量。游戏中的枪声与人物的发声具有3D效果。 3.键盘操作 ( Keyboard Setting ) 以下操作可以更改 Up、Down、Left、Right设定移动操作。 Fire 射击 Jump 跳跃 Zoom 放大远处景物 Help 弹出帮助 修改方法:用鼠标点击选项,然后输入新的按键。 另外,游戏保留了几个开发模式下的操作: Page Up 提升视点高度 Page Down 降低视点高度 (可以看到地形绘制区域) L 线框模式 F 冻结所有敌人 V 隐身 N 敌人攻击力为零 I 隐藏房子 O 隐藏敌人 P 隐藏树木 在游戏运行中,按 Help 项的按键获得帮助。 4.鼠标操作 鼠标的移动可改变视角,默认设定左键为射击,右键为放大。
### 工业相机帧率(FPS)的技术参数及相关概念 #### 什么是帧率? 帧率(Frames Per Second,简称FPS),是指每秒传输的画面数量。对于摄像设备而言,较高的帧率意味着更流畅的动态画面捕捉能力。工业相机通常用于高速场景下的精确成像,在这种应用中,帧率是一个非常重要的性能指标。 #### 帧率与曝光时间的关系 当调整工业相机的曝光时间时,其帧率会受到影响。这是因为每一帧图像的采集周期由两部分组成:**曝光时间和读出时间**[^1]。 - **曝光时间** 是指传感器接收光线并将其转换为电信号所需的时间。 - **读出时间** 则是将这些信号从传感器传递到存储器所花费的时间。 如果增加曝光时间,则单次图像采集所需的总时间也会相应延长,从而导致单位时间内能够完成的图像采集次数减少,即帧率降低。例如,假设当前帧率为15 fps,则每次图像采集周期大约为66.7 ms (1000 / 15)[^3]。如果将曝光时间设置得接近甚至超过这个值,那么实际可用的有效帧率就会显著下降。 #### 如何保持固定帧率? 为了维持特定的帧率水平,可以采取以下措施之一: - 减少曝光时间至低于目标帧率对应的最小允许值; - 使用具有更高处理速度或者更大带宽接口类型的相机型号;这样即使增加了曝光时间也能满足预期帧数需求; - 如果支持的话,启用硬件触发功能来同步外部光源和拍摄动作之间的关系,进而优化整体效率[^5]。 #### 实际案例分析 - Baumer工业相机 以Baumer品牌为例,在某些条件下仅当输出图片位深设定为8 bits per pixel时才可能实现最大理论上的164 frames-per-second速率表现[^2]。这表明除了基本物理限制外,还有其他因素如数据量大小同样会影响最终可达成的最大频率界限。 #### OpenCV 中关于帧率的操作注意事项 需要注意的是,在利用开源计算机视觉库OpenCV进行开发工作期间发现一个问题——该工具包里预设的方法无法直接获取来自实时连接网络摄像头的实际播放速度数值(fps),因为这类装置往往不具备标准化报告机制用来传达此类元信息给应用程序层面上调用者知晓具体情况[^4]。因此开发者们有时不得不手动依据定义自行推算得出结论。 ```python import cv2 cap = cv2.VideoCapture(0) if not cap.isOpened(): print("Cannot open camera") else: # 获取默认帧率 default_fps = int(cap.get(cv2.CAP_PROP_FPS)) while True: ret, frame = cap.read() if not ret: break cv2.imshow('Frame',frame) key=cv2.waitKey(int((1/default_fps)*1e3))&0xFF if key==ord('q'): break cap.release() cv2.destroyAllWindows() ``` 上述代码片段展示了如何尝试访问本地默认Webcam设备及其关联属性,并基于此构建简单演示程序框架结构的同时考虑到了适当延迟控制逻辑设计方面的要求。 ---
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