【LWJGL官方教程】Game loops 游戏循环

原文：https://github.com/SilverTiger/lwjgl3-tutorial/wiki/Game-loops
译注：翻译仅供参考，请以原文为准。代码请看原文中的链接。括号里的内容一般也是译注，供理解参考用。
PS：Markdown还挺好用的，给CSDN点个赞。

How does a game work? 一个游戏如何工作？

从编程角度来讲，一个游戏可以用一个简单的方法来描述：

public void startGame() {    init();    gameLoop();    dispose();}

这就是游戏全部必须要做的事，init()包含初始化的全部内容，比如创建窗口、读取资源。dispose()包含释放游戏资源的全部代码。

A simple game loop 一个简单的游戏循环

游戏循环的关键部分是处理输入、更新游戏逻辑、渲染游戏。

public void gameLoop() {    while (running) {        input();        update();        render();    }}

这样的游戏循环会耗尽全部的CPU，因为它运行得太快了。通常你并不需要它这样，因此需要让循环适当停歇。

public void gameLoop() {    long sleepTime = 1000L / 60L;    while (running) {        input();        update();        render();        sleep(sleepTime);    }}

在这个例子里，加入了16毫秒的休眠时间，游戏每秒将只更新62.5次。
虽然这已经比毫无停歇要好一些了，但是其实你需要有一个可变的休眠时间以保证游戏有稳定的FPS。为此，我们应该看看时间运算教程。
根据时间计数器的选择，有两种形式的游戏循环：
- 可变时步游戏循环
- 固定时步游戏循环

Variable timestep 可变时步

用可变时步，你不需要关心你的游戏是不是跑得太快或太慢了，因为会使用时间增量(delta time)来更新游戏。（意思是，如果跑太慢了，时间增量超长，那么就一次更新许多内容，太快也是同理）
在这种循环，我们首先就得拿到时间增量

float delta = timer.getDelta();

时间增量用来更新游戏。所以给update()方法加上参数。

public void update(float delta) {    /* do updates */}

之后也不需要再加什么了，最后是这样的：

public void gameLoop() {    while (running) {        float delta = timer.getDelta();        input();        update(delta);        render();        window.update();    }}

你可能想问，为啥不休眠了。因为你可以让GLFW去激活垂直同步，这样你不需要再关心休眠的问题了。
但是如果我们在循环里加入休眠，也不需要改太多东西。

public void gameLoop() {    long targetTime = 1000L / targetFPS;    while (running) {        /* Note that you have to multiply by 1000 to get milliseconds */long startTime = timer.getTime() * 1000;        float delta = timer.getDelta();        input();        update(delta);        render();        window.update();        /* Same as above, multiply time in seconds by 1000 */long endTime = timer.getTime() * 1000;        sleep(startTime + targetTime - endTime);    }}

但是这个循环有一个瑕疵：你的更新受限于你的帧率，在简单的游戏里这还OK，但是如果是想做一个逼真的物理情况模拟，这就不是你想要的了。（意思是，假如FPS很低的话，那更新次数也很低，时间增量也超长，如果模拟铁球下落，会看到铁球在空中是断断续续的，一次还落超长距离……效果很糟糕。大部分情况下虽然不会这么明显，但是也会让玩家有一种违和感。）

Fixed timestep 固定时步

固定时步的话，你的游戏循环不能再受限于帧率了，而是基于时间，比起可变时步，它更具有确定性。
固定时步除了时间增量以外还需要有更多的变量，需要一个累加器(accumulator)记录经过的时间，一个表示更新之间的时间应该是多少的间隔量（interval），还需要有一个aplha值来充当插值。

float delta;float accumulator = 0f;float interval = 1f / 30f;float alpha;

在这个例子里，我们希望每秒有30次更新，所以间隔量大概是33.33毫秒。
变量有了，开始循环。跟可变循环一样，先要拿到时间增量，但在此循环里，还要把增量加在累加器上。

delta = timer.getDelta();accumulator += delta;

接着处理输入。再之后要检查经过的时间是否应该做更新操作了。（累加器时间超过设定的间隔量，按间隔量来做更新）

while (accumulator >= interval) {    update(interval);    accumulator -= interval;}

之后我们其实还剩下一些多出来的时间，举个例子。
比如现在游戏已经开始了48毫秒，但是我们下一次更新应该是在66.67毫秒的时候，因为我们说好是每33.33毫秒更新一次的（之前设定的间隔量）。这时累加器的值应该是48-33.33=14.67毫秒。
所以我们当前的游戏状态其实是14.67毫秒以前的游戏状态，现在我们可以再渲染一次相同的屏幕内容，但是那样的话我们的游戏看起来就像是以30FPS来渲染而不是我们预期的那样，帧在做重复无意义的废渲染。为了能表现出两次更新间的某种状态，我们引入了alpha这个插值。（意思是，我们虽然希望一秒更新30次，但是却期望能更精确地连续渲染画面，而不是离散地去重复渲染这30次更新时的画面，那样就算一秒渲染了100次，其实也是在反复重复地渲染这30个更新瞬间的画面而已。）

alpha = accumulator / interval;

在上面说的例子里，alpha值应该是14.67/33.33=0.44，所以我们距下次更新大概行进到了44%的阶段。为了渲染，我们需要保持上一次和本次的状态插值，具体在另一篇教程里再说。
最后，固定时步循环应该是这样的：

public void gameLoop() {    float delta;    float accumulator = 0f;    float interval = 1f / targetUPS;    float alpha;    while (running) {        delta = timer.getDelta();        accumulator += delta;        input();        while (accumulator >= interval) {            update();            accumulator -= interval;        }        alpha = accumulator / interval;        render(alpha);        window.update();    }}

关于udpate方法，有一点：如果间隔量不打算改的话，其实没必要再把间隔量放在update方法里了。（因为它是固定的值）
本教程里，update()写作update(delta)，render()写作render(alpha)，所以你用哪种时步都可以。

public void update() {    update(1f / targetUPS);}public void render() {    render(1f);}

下一篇学习用shader来渲染。