为DirectX游戏计算帧率

为DirectX游戏计算帧率
 最近我写了自己的一个DirectX程序，使用的是自己的框架，以后我就会在我的DirectX程序框架上进行开发了。
 首先我们需要探讨的是一个效率问题。在ACM程序中，是很讲究时空比的，也就是说一个程序要达到规定的时间和规定的内存容量这才算成功。那么游戏又何尝不是如此呢？相比一般的数值计算程序，游戏更讲究时效性，也就是说游戏开发人员可能为了达到渲染速度，可能会丢失一些渲染精度。这对程序员来说是一种很困难的抉择：是否选择现有的算法，还是放弃采取低精度的算法，亦或是开发出更有效的算法？为了衡量游戏的渲染效率，我们提出了FPS这个概念。FPS就是frame per second，简单来说就是一秒画多少帧。程序员花了那么多的时间，就是为了精益求精，但是这在游戏开发中是值得的。试想，如果一个游戏的帧率是15或者更低，那么谁会玩这么卡的游戏呢？基于这样的考量，游戏开发人员必须要想尽一切办法提高FPS。

 以下是我电脑中部分游戏的截屏。（请注意右下角的FPS示意）

 那么FPS是怎样测定的呢？有两种方法：一种是使用软件进行测量。我使用的是fraps，这样比较从客观的角度来衡量渲染的效率。另外也可以在已有的游戏代码中嵌入一些计算FPS的代码，这样做的好处是便于携带，如果想在别的机器上测定游戏的运行的效率，只需要将游戏复制到目的机器上就行了。事实上，使用软件测定的FPS会偏低，因为别的软件由于监视游戏的运行，会占用一定的CPU，而使用自己游戏的代码来查看虽然也占用CPU，但是渲染的部分是耗在GPU上的，给CPU的负担微乎其微。所以我建议大家在编辑DirectX游戏的时候，还是开发出一套计算帧率的代码，因为好处明摆着呢，况且实现也非常简单。
 首先大家先想想，我们应该达到什么样的目的？我想大多数游戏给了我们答案。我们不想让自己游戏的FPS跳动太快，否则我们也看不清FPS到底是多少，但是我们也希望FPS能够随着时间的推移或者是用户的操作而产生变化。所以你应该猜得出每一秒FPS产生一次变化应当是理想的选择。那么FPS是怎样刚好在一秒内变化呢？这里我们应当想起了使用windows调用系统时间的API函数了。此外，我们也能够想到，计算出的FPS应当能够显示，因此我们可以使用D3DX字体，如果要求高一些，我们也可以使用纹理图案来显示。在这里，我使用了前者，因为它的操作最简单。下面我们就开始着手准备了。

Code:

1. LPD3DXFONT g_FPSFont = NULL;// 指向FPS字体的指针   
2. RECT g_FPSFontPos = { WINDOW_WIDTH - 100, WINDOW_HEIGHT - 15, WINDOW_WIDTH, WINDOW_HEIGHT};// FPS所在的矩形框   
3. INT g_FrameCount = 0;// 帧的计数器   
4. INT g_lastTime = 0;// 记录上一秒的时间   
5. INT g_currentTime = 0;// 记录当前的时间   
6. CHAR g_FPSstr[25] = { 0 };// 记录当前帧率的字符串  

 

 在上面的代码中，每一句我都添加了注释，在这里我就不复述了。随后我们在初始化游戏的时候添加创建字体的代码：

Code:

1. // 创建字体   
2.  if ( FAILED( D3DXCreateFont( g_JDevice, 15, 0, 1, 1, 0, DEFAULT_CHARSET, OUT_DEFAULT_PRECIS, DEFAULT_QUALITY, 
3. DEFAULT_PITCH | FF_DONTCARE, "Impact", &g_FPSFont ) ) ) return FALSE;  

 

 创建字体的代码有些复杂，为了避免陷入具体的代码细节中，在这里我就略去了，这里有个链接，大家可以点击查看更多关于创建字体的内容。http://msdn.microsoft.com/en-us/library/bb172773(VS.85).aspx

 然后就是我们的计数器代码了，虽然说计数器是我们这篇文章最有技术含量的内容，但它也非常简单。首先调用时间API函数，然后进行和前一秒记录的时间进行比对，如果超过了一秒，则更新当前的FPS，并且让前一秒的数值成为当前的数值，并且将帧计数器清零，否则帧计数器进行自加运算，并不更新FPS。下面就是我写的代码：

Code:

1. // 计数器开始计数（以毫秒计）   
2.  g_currentTime = GetTickCount();   
3.  if ( g_currentTime - g_lastTime > 1000 )   
4.  {   
5.   sprintf_s( g_FPSstr, 25, "当前FPS：%d", g_FrameCount );   
6.   g_lastTime = g_currentTime;   
7.   g_FrameCount = 0;   
8.  }   
9.  else g_FrameCount++;  

 

 最后就是在渲染之中添加一个显示字体的代码了，代码如下面所示：

Code:

1. g_FPSFont->DrawText( NULL, g_FPSstr, -1, &g_FPSFontPos, DT_CENTER,   
2.   D3DCOLOR_XRGB( 255, 255, 255 ) );// 显示字体  

 

 程序的显示效果如下图所示。为了符合一般游戏的规律，我们将FPS显示的内容尽量小些，并且放在右下角，以免影响玩家进行游戏。

 下面我就这个程序做一点说明：
 如果游戏是在窗口形式运行的话，如果我没有猜错的话，大家的FPS一定会小于等于60。因为桌面的刷新频率默认是60Hz。这点可以从“右键-属性-设置标签页-高级-监视器标签页”中可以看到。但是如果是全屏的游戏，则没有这个限制。一般来说，在D3DPRESENT_PARAMETERS::FullScreen_RefreshRateInHz这里进行修改，要让程序来识别可以使用的显示器模式，可以使用EnumAdapterModes()函数进行测试。

 以下是我程序的全部代码：
 

Code:

1. /*---------------------------------------------------------------------------  
2. 蒋轶民制作 E-mail：[e-mail]  
3. 文件名：MainFrame.cpp  
4. 作用：计算当前帧率（FPS）  
5. ----------------------------------------------------------------------------*/  
6. /*--------------------------------------------------------------------------*/  
7.   
8. // 头文件   
9. #include<windows.h>   
10. #include<d3d9.h>   
11. #include<d3dx9.h>   
12. #include<stdio.h>   
13.   
14. // 库文件   
15. #pragma comment( lib, "d3d9.lib")   
16. #pragma comment( lib, "d3dx9.lib")   
17.   
18. // 定义的宏   
19. #define JCLASSNAME  "优化的程序"   
20. #define JCAPTION  "程序演示"   
21. #define WINDOW_WIDTH 320   
22. #define WINDOW_HEIGHT 320   
23. #define SAVE_RELEASE( p ) if ( p ) p->Release(); p = NULL;   
24.   
25. // 调整编译器设置   
26. #pragma warning( disable: 4100 )   
27.   
28. /*----------------------------------------------------------------------------*/  
29.   
30. // 全局变量   
31. LPDIRECT3D9 g_JD3D = NULL;// D3D结构体   
32. LPDIRECT3DDEVICE9 g_JDevice = NULL;// D3D装置结构体   
33. LPD3DXFONT g_FPSFont = NULL;// 指向FPS字体的指针   
34. RECT g_FPSFontPos = { WINDOW_WIDTH - 100, WINDOW_HEIGHT - 15,    
35. WINDOW_WIDTH, WINDOW_HEIGHT};// FPS所在的矩形框   
36. INT g_FrameCount = 0;// 帧的计数器   
37. INT g_lastTime = 0;// 记录上一秒的时间   
38. INT g_currentTime = 0;// 记录当前的时间   
39. CHAR g_FPSstr[25] = { 0 };// 记录当前帧率的字符串   
40.   
41. /*----------------------------------------------------------------------------*/  
42. // 函数的声明   
43. BOOL InitializeD3D( HWND hWnd )   
44. {   
45.  D3DDISPLAYMODE displayMode;   
46.   
47.  //创建D3D对象   
48.  if ( ( g_JD3D = Direct3DCreate9( D3D_SDK_VERSION ) )== NULL )   
49.   return FALSE;   
50.   
51.  // 获取显示器的模式   
52.  if ( FAILED( g_JD3D->GetAdapterDisplayMode( D3DADAPTER_DEFAULT, &displayMode ) ) )   
53.   return FALSE;   
54.   
55.  // D3D显示的参数   
56.  D3DPRESENT_PARAMETERS jd3dpp;   
57.  ZeroMemory( &jd3dpp, sizeof( jd3dpp ) );   
58.   
59.  // 初始化D3DPRESENT_PARAMETERS   
60.  jd3dpp.Windowed               = TRUE;   
61.  jd3dpp.BackBufferWidth    = WINDOW_WIDTH;   
62.  jd3dpp.BackBufferHeight    = WINDOW_HEIGHT;   
63.  jd3dpp.SwapEffect             = D3DSWAPEFFECT_DISCARD;   
64.  jd3dpp.BackBufferFormat       = displayMode.Format;   
65.  jd3dpp.EnableAutoDepthStencil = TRUE;   
66.  jd3dpp.AutoDepthStencilFormat = D3DFMT_D16;   
67.   
68.  // 创建设备   
69.  if(FAILED(g_JD3D->CreateDevice( D3DADAPTER_DEFAULT,    
70.   D3DDEVTYPE_HAL, hWnd, D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING,    
71.   &jd3dpp, &g_JDevice ) ) )   
72.   return FALSE;   
73.   
74.  // 设置渲染状态   
75.  g_JDevice->SetRenderState( D3DRS_LIGHTING, FALSE );   
76.  g_JDevice->SetRenderState( D3DRS_ZENABLE, D3DZB_TRUE );   
77.   
78.  // 创建字体   
79.  if ( FAILED( D3DXCreateFont( g_JDevice, 15, 0, 1, 1, 0, DEFAULT_CHARSET,   
80.   OUT_DEFAULT_PRECIS, DEFAULT_QUALITY, DEFAULT_PITCH | FF_DONTCARE,   
81.   "Impact", &g_FPSFont ) ) ) return FALSE;   
82.   
83.  return TRUE;   
84. }   
85. /*----------------------------------------------------------------------------*/  
86. // 释放所有资源   
87. void ReleaseMemory( void )   
88. {   
89.  SAVE_RELEASE( g_JD3D );   
90.  SAVE_RELEASE( g_JDevice );   
91.  SAVE_RELEASE( g_FPSFont );   
92. }   
93. /*----------------------------------------------------------------------------*/  
94. // 渲染屏幕   
95. void RenderScene( void )   
96. {   
97.  // 计数器开始计数（以毫秒计）   
98.  g_currentTime = GetTickCount();   
99.  if ( g_currentTime - g_lastTime > 1000 )   
100.  {   
101.   sprintf_s( g_FPSstr, 25, "当前FPS：%d", g_FrameCount );   
102.   g_lastTime = g_currentTime;   
103.   g_FrameCount = 0;   
104.  }   
105.  else g_FrameCount++;   
106.     
107.  g_JDevice->Clear( 0, NULL, D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER,    
108.   D3DCOLOR_XRGB( 0, 0, 0), 1.0f, 0);// 清除屏幕   
109.     
110.  // 开始渲染   
111.  g_JDevice->BeginScene();   
112.   
113.  g_FPSFont->DrawText( NULL, g_FPSstr, -1, &g_FPSFontPos, DT_CENTER,   
114.   D3DCOLOR_XRGB( 255, 255, 255 ) );// 显示字体   
115.     
116.  // 结束渲染   
117.  g_JDevice->EndScene();   
118.   
119.  g_JDevice->Present( NULL, NULL, NULL, NULL );   
120. }   
121. /*----------------------------------------------------------------------------*/  
122. // 回调函数，用来处理消息   
123. HRESULT CALLBACK MyAppProc( HWND hWnd, UINT msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam )   
124. {   
125.  switch ( msg )   
126.  {   
127.  case WM_DESTROY:   
128.   PostQuitMessage( 0 );   
129.   return 0;   
130.  case WM_KEYDOWN:   
131.   if ( wParam == VK_ESCAPE ) PostQuitMessage( 0 );   
132.   return 0;   
133.  }   
134.  return (HRESULT)DefWindowProc( hWnd, msg, wParam, lParam );   
135. };   
136. /*----------------------------------------------------------------------------*/  
137. // 程序的入口，主函数   
138. INT WINAPI WinMain( HINSTANCE hInst, HINSTANCE hPrevInst, LPSTR cmd, INT show )   
139. {   
140.  // 设置Window Class结构并且注册它   
141.  WNDCLASSEX jWndCls = { sizeof( jWndCls ), CS_CLASSDC, MyAppProc, 0, 0, hInst,    
142.   NULL, LoadCursor( NULL, IDC_ARROW) , 0, NULL, JCLASSNAME, NULL };   
143.  RegisterClassEx( &jWndCls );   
144.   
145.  // 设置窗口并且显示窗口   
146.  HWND hWnd = CreateWindow( JCLASSNAME, JCAPTION, WS_CAPTION | WS_SYSMENU, 100, 40,   
147.   WINDOW_WIDTH, WINDOW_HEIGHT, GetDesktopWindow(), NULL, jWndCls.hInstance, NULL);   
148.  if ( hWnd == NULL )   
149.   return FALSE;   
150.  ShowWindow( hWnd, SW_SHOWDEFAULT );   
151.  UpdateWindow( hWnd );   
152.   
153.  // 初始化设置   
154.  if ( InitializeD3D( hWnd ) == FALSE )   
155.   return FALSE;   
156.   
157.  // 进入消息循环   
158.  MSG msg;   
159.  ZeroMemory( &msg, sizeof( msg ) );   
160.  while( msg.message != WM_QUIT )   
161.  {   
162.   if ( PeekMessage( &msg, NULL, 0, 0, PM_REMOVE ) )   
163.   {   
164.    TranslateMessage( &msg );   
165.    DispatchMessage( &msg );   
166.   }   
167.   else  
168.   {   
169.    // 渲染屏幕   
170.    RenderScene();   
171.   }   
172.  }   
173.   
174.  // 程序结束，释放内存所有资源   
175.  ReleaseMemory();   
176.   
177.  // 解除窗口注册   
178.  UnregisterClass( JCLASSNAME, jWndCls.hInstance );   
179.  return ( INT ) msg.wParam;   
180. }  

 我更多的DirectX程序，请看：

为自己创作一个好的DirectX程序风格

设计DirectX游戏开头动画效果

设计DirectX游戏开头画面淡入淡出的效果

我的游戏：走迷宫（DirectX版） 

 好了，今天就说到这里了，祝愿所有喜欢游戏开发的同学们能够实现自己开发游戏的梦想！我又得回去学习我的数据结构了，顺便说一声了，我看到了关键路径来了，而我们的老师讲课的速度也太慢了吧。图都还没有讲呢。