使用 requestAnimationFrame 控制 fps?

IT技术 javascript performance animation canvas requestanimationframe
2021-01-31 01:13:30

这似乎requestAnimationFrame是现在动画事物的事实上的方式。在大多数情况下,它对我来说效果很好,但现在我正在尝试做一些画布动画,我想知道:有没有办法确保它以特定的 fps 运行?我知道 rAF 的目的是让动画始终流畅,我可能会冒着让我的动画断断续续的风险,但现在它似乎以完全不同的速度非常随意地运行,我想知道是否有办法对抗不知何故。

我会使用,setInterval但我想要 rAF 提供的优化(尤其是在选项卡处于焦点时自动停止)。

如果有人想看看我的代码,它几乎是:

animateFlash: function() {
    ctx_fg.clearRect(0,0,canvasWidth,canvasHeight);
    ctx_fg.fillStyle = 'rgba(177,39,116,1)';
    ctx_fg.strokeStyle = 'none';
    ctx_fg.beginPath();
    for(var i in nodes) {
        nodes[i].drawFlash();
    }
    ctx_fg.fill();
    ctx_fg.closePath();
    var instance = this;
    var rafID = requestAnimationFrame(function(){
        instance.animateFlash();
    })

    var unfinishedNodes = nodes.filter(function(elem){
        return elem.timer < timerMax;
    });

    if(unfinishedNodes.length === 0) {
        console.log("done");
        cancelAnimationFrame(rafID);
        instance.animate();
    }
}

其中 Node.drawFlash() 只是一些根据计数器变量确定半径然后绘制圆的代码。

6个回答

如何将 requestAnimationFrame 限制为特定的帧速率

5 FPS 的演示节流:http : //jsfiddle.net/m1erickson/CtsY3/

此方法的工作原理是测试自执行最后一帧循环以来经过的时间。

您的绘图代码仅在您指定的 FPS 间隔已过时执行。

代码的第一部分设置了一些用于计算经过时间的变量。

var stop = false;
var frameCount = 0;
var $results = $("#results");
var fps, fpsInterval, startTime, now, then, elapsed;


// initialize the timer variables and start the animation

function startAnimating(fps) {
    fpsInterval = 1000 / fps;
    then = Date.now();
    startTime = then;
    animate();
}

这段代码是实际的 requestAnimationFrame 循环,它以您指定的 FPS 进行绘制。

// the animation loop calculates time elapsed since the last loop
// and only draws if your specified fps interval is achieved

function animate() {

    // request another frame

    requestAnimationFrame(animate);

    // calc elapsed time since last loop

    now = Date.now();
    elapsed = now - then;

    // if enough time has elapsed, draw the next frame

    if (elapsed > fpsInterval) {

        // Get ready for next frame by setting then=now, but also adjust for your
        // specified fpsInterval not being a multiple of RAF's interval (16.7ms)
        then = now - (elapsed % fpsInterval);

        // Put your drawing code here

    }
}
感谢您使用新的 rAF 时间戳功能更新链接。新的 rAF 时间戳添加了有用的基础设施,而且它也比 Date.now 更精确。
2021-03-29 01:13:30
不错的演示 - 应该被接受。在这里,分叉你的小提琴,以演示使用 window.performance.now() 而不是 Date.now()。这与 rAF 已经收到的高分辨率时间戳非常吻合,因此无需在回调中调用 Date.now():jsfiddle.net/chicagogrooves/nRpVD/2
2021-04-01 01:13:30
有人可以向我解释经过的 % fpsInterval 部分吗?为什么我们需要“同时调整您指定的 fpsInterval 不是 RAF 间隔(16.7ms)的倍数”?
2021-04-04 01:13:30
您所能控制的只是何时要跳过一帧。60 fps 的监视器总是以 16 毫秒的间隔进行绘制。例如,如果您希望游戏以 50fps 运行,您希望每 6 帧跳过一次。您检查是否 20 毫秒 (1000/50) 已经过去,并且还没有(仅过去了 16 毫秒),因此您跳过一帧,然后下一帧自您绘制以来已经过去了 32 毫秒,因此您绘制并重置。但是随后您将跳过一半的帧并以 30fps 的速度运行。所以当你重置时,你记得上次你等了 12 毫秒太久了。所以下一帧又过了 16 毫秒,但你把它算作 16+12=28 毫秒,所以你再次绘制,你等了 8 毫秒太久了
2021-04-04 01:13:30
这是一个非常好的演示,它激发了我制作自己的演示(JSFiddle)。主要区别在于使用 rAF(如 Dean 的演示)而不是 Date,添加控件以动态调整目标帧率,在与动画不同的时间间隔内对帧率进行采样,以及添加历史帧率图表。
2021-04-06 01:13:30

更新 2016/6

限制帧速率的问题在于屏幕具有恒定的更新速率,通常为 60 FPS。

如果我们想要 24 FPS,我们永远不会在屏幕上获得真正的 24 fps,我们可以这样计时,但不能显示它,因为显示器只能以 15 fps、30 fps 或 60 fps 的速度显示同步帧(有些显示器也是 120 fps )。

但是,出于计时目的,我们可以在可能的情况下进行计算和更新。

您可以通过将计算和回调封装到一个对象中来构建用于控制帧速率的所有逻辑:

function FpsCtrl(fps, callback) {

    var delay = 1000 / fps,                               // calc. time per frame
        time = null,                                      // start time
        frame = -1,                                       // frame count
        tref;                                             // rAF time reference

    function loop(timestamp) {
        if (time === null) time = timestamp;              // init start time
        var seg = Math.floor((timestamp - time) / delay); // calc frame no.
        if (seg > frame) {                                // moved to next frame?
            frame = seg;                                  // update
            callback({                                    // callback function
                time: timestamp,
                frame: frame
            })
        }
        tref = requestAnimationFrame(loop)
    }
}

然后添加一些控制器和配置代码:

// play status
this.isPlaying = false;

// set frame-rate
this.frameRate = function(newfps) {
    if (!arguments.length) return fps;
    fps = newfps;
    delay = 1000 / fps;
    frame = -1;
    time = null;
};

// enable starting/pausing of the object
this.start = function() {
    if (!this.isPlaying) {
        this.isPlaying = true;
        tref = requestAnimationFrame(loop);
    }
};

this.pause = function() {
    if (this.isPlaying) {
        cancelAnimationFrame(tref);
        this.isPlaying = false;
        time = null;
        frame = -1;
    }
};

用法

它变得非常简单 - 现在,我们要做的就是通过设置回调函数和所需的帧速率来创建一个实例,就像这样:

var fc = new FpsCtrl(24, function(e) {
     // render each frame here
  });

然后开始(如果需要,这可能是默认行为):

fc.start();

就是这样,所有的逻辑都是在内部处理的。

演示

var ctx = c.getContext("2d"), pTime = 0, mTime = 0, x = 0;
ctx.font = "20px sans-serif";

// update canvas with some information and animation
var fps = new FpsCtrl(12, function(e) {
	ctx.clearRect(0, 0, c.width, c.height);
	ctx.fillText("FPS: " + fps.frameRate() + 
                 " Frame: " + e.frame + 
                 " Time: " + (e.time - pTime).toFixed(1), 4, 30);
	pTime = e.time;
	var x = (pTime - mTime) * 0.1;
	if (x > c.width) mTime = pTime;
	ctx.fillRect(x, 50, 10, 10)
})

// start the loop
fps.start();

// UI
bState.onclick = function() {
	fps.isPlaying ? fps.pause() : fps.start();
};

sFPS.onchange = function() {
	fps.frameRate(+this.value)
};

function FpsCtrl(fps, callback) {

	var	delay = 1000 / fps,
		time = null,
		frame = -1,
		tref;

	function loop(timestamp) {
		if (time === null) time = timestamp;
		var seg = Math.floor((timestamp - time) / delay);
		if (seg > frame) {
			frame = seg;
			callback({
				time: timestamp,
				frame: frame
			})
		}
		tref = requestAnimationFrame(loop)
	}

	this.isPlaying = false;
	
	this.frameRate = function(newfps) {
		if (!arguments.length) return fps;
		fps = newfps;
		delay = 1000 / fps;
		frame = -1;
		time = null;
	};
	
	this.start = function() {
		if (!this.isPlaying) {
			this.isPlaying = true;
			tref = requestAnimationFrame(loop);
		}
	};
	
	this.pause = function() {
		if (this.isPlaying) {
			cancelAnimationFrame(tref);
			this.isPlaying = false;
			time = null;
			frame = -1;
		}
	};
}
body {font:16px sans-serif}
<label>Framerate: <select id=sFPS>
	<option>12</option>
	<option>15</option>
	<option>24</option>
	<option>25</option>
	<option>29.97</option>
	<option>30</option>
	<option>60</option>
</select></label><br>
<canvas id=c height=60></canvas><br>
<button id=bState>Start/Stop</button>

旧答案

的主要目的requestAnimationFrame是将更新同步到显示器的刷新率。这将要求您以显示器的 FPS 或它的一个系数(即 60、30、15 FPS,典型刷新率 @ 60 Hz)进行动画制作。

如果您想要更任意的 FPS,那么使用 rAF 毫无意义,因为帧速率永远不会与监视器的更新频率相匹配(只是这里和那里的帧),这根本无法为您提供流畅的动画(与所有帧重新计时一样) ) 你也可以使用setTimeoutsetInterval代替。

这也是专业视频行业的一个众所周知的问题,当您想要以不同的 FPS 播放视频然后显示它的设备刷新时。已经使用了许多技术,例如帧混合和基于运动矢量的复杂重新定时重新构建中间帧,但是对于画布,这些技术不可用,结果将始终是生涩的视频。

var FPS = 24;  /// "silver screen"
var isPlaying = true;

function loop() {
    if (isPlaying) setTimeout(loop, 1000 / FPS);

    ... code for frame here
}

我们setTimeout 首先放置的原因(以及为什么rAF在使用 poly-fill 时首先放置某个地方)是因为这将更准确,因为setTimeout循环开始时将立即将事件排队,以便无论剩余代码将使用多少时间(假设它不超过超时间隔)下一个调用将在它代表的间隔(对于纯 rAF 这不是必需的,因为 rAF 在任何情况下都会尝试跳到下一帧)。

还值得注意的是,将它放在第一位也会冒调用与setInterval. setInterval对于这种用途,可能会稍微准确一些。

你也可以使用setInterval,而不是循环做同样的。

var FPS = 29.97;   /// NTSC
var rememberMe = setInterval(loop, 1000 / FPS);

function loop() {

    ... code for frame here
}

并停止循环:

clearInterval(rememberMe);

为了在选项卡模糊时降低帧速率,您可以添加如下因素:

var isFocus = 1;
var FPS = 25;

function loop() {
    setTimeout(loop, 1000 / (isFocus * FPS)); /// note the change here

    ... code for frame here
}

window.onblur = function() {
    isFocus = 0.5; /// reduce FPS to half   
}

window.onfocus = function() {
    isFocus = 1; /// full FPS
}

通过这种方式,您可以将 FPS 降低到 1/4 等。

没有“调用堆栈”的风险,因为 JavaScript 以单线程方式运行,并且在您的代码运行时不会触发超时事件。因此,如果函数花费的时间比超时时间长,它几乎可以在任何时间尽可能快地运行,而浏览器仍然会进行重绘并在调用之间触发其他超时。
2021-03-14 01:13:30
在某些情况下,您不是要尝试匹配监视器的帧速率,而是在图像序列中(例如,丢帧)。优秀的解释顺便说一句
2021-03-15 01:13:30
使用 requestAnimationFrame 进行节流的最大原因之一是将某些代码的执行与浏览器的动画帧对齐。事情最终会运行得更顺畅,尤其是如果您每帧都在数据上运行一些逻辑,例如音乐可视化器。
2021-03-22 01:13:30
这很糟糕,因为 的主要用途requestAnimationFrame是同步 DOM 操作(读/写),因此在访问 DOM 时不使用它会损害性能,因为操作不会排队一起执行,并且会强制不必要地重新绘制布局。
2021-03-30 01:13:30
我知道您说页面刷新的更新速度不能超过显示器上的 fps 限制。但是,是否可以通过触发页面重排来更快地刷新?相反,如果它们的完成速度比原生 fps 速度快,是否可能不会注意到多个页面回流?
2021-04-03 01:13:30

我建议将您的电话包装requestAnimationFrame在一个setTimeout

const fps = 25;
function animate() {
  // perform some animation task here

  setTimeout(() => {
    requestAnimationFrame(animate);
  }, 1000 / fps);
}
animate();

您需要requestAnimationFrame从 inside调用setTimeout,而不是相反,因为requestAnimationFrame安排您的函数在下一次重绘之前运行,如果您进一步延迟更新,setTimeout您将错过那个时间窗口。然而,相反的做法是合理的,因为您只是在发出请求之前等待一段时间。

最佳答案 !谢谢 ;)
2021-03-12 01:13:30
这实际上似乎可以降低帧率,因此不会烹饪我的 CPU。它是如此简单。干杯!
2021-03-15 01:13:30
FPS 低于预期的原因是 setTimeout 可以在超过指定延迟后执行回调。这有多种可能的原因。并且每个循环都需要时间来设置新的计时器并在设置新的超时之前执行一些代码。您无法对此进行准确处理,您应该始终考虑比预期慢的结果,但只要您不知道它会慢多少,尝试降低延迟也是不准确的。浏览器中的 JS 并不意味着如此准确。
2021-03-19 01:13:30
我的显示器是 60 FPS,如果我设置 var fps=60,使用此代码我只能获得大约 50 FPS。我想把它减慢到 60,因为有些人有 120 FPS 的显示器,但我不想影响其他人。这出奇的困难。
2021-03-27 01:13:30
对于轻量级动画来说,这是一个很好的、简单的方法。不过,它确实有点不同步,至少在某些设备上是这样。我在我以前的一个引擎上使用了这种技术。它运作良好,直到事情变得复杂。最大的问题是当连接到方向传感器时,它要么落后要么变得神经质。后来我发现使用单独的 setInterval 并通过对象属性在传感器、setInterval 帧和 RAF 帧之间通信更新允许传感器和 RAF 实时运行,而动画时间可以通过 setInterval 的属性更新来控制。
2021-04-07 01:13:30

这些都是理论上的好主意,直​​到你深入为止。 问题是你不能在不取消同步的情况下限制 RAF,这违背了它存在的目的。 所以你让它全速运行,并在一个单独的循环中更新你的数据甚至是一个单独的线程!

是的,我说过。可以在浏览器中执行多线程 JavaScript!

我知道有两种方法可以在不卡顿的情况下工作得非常好,使用更少的果汁和产生更少的热量。准确的人体计时和机器效率是最终结果。

抱歉,如果这有点罗嗦,但是这里...


方法一:通过setInterval更新数据,通过RAF更新图形。

使用单独的 setInterval 来更新平移和旋转值、物理、碰撞等。将这些值保留在每个动画元素的对象中。将转换字符串分配给每个 setInterval 'frame' 对象中的一个变量。将这些对象保存在一个数组中。以毫秒为单位将间隔设置为所需的 fps:ms=(1000/fps)。这可以保持稳定的时钟,无论 RAF 速度如何,都可以在任何设备上实现相同的 fps。 不要将变换分配给这里的元素!

在 requestAnimationFrame 循环中,使用老式 for 循环遍历您的数组——不要在这里使用较新的形式,它们很慢!

for(var i=0; i<sprite.length-1; i++){  rafUpdate(sprite[i]);  }

在您的 rafUpdate 函数中,从数组中的 js 对象获取转换字符串及其元素 id。您应该已经将“精灵”元素附加到变量或通过其他方式轻松访问,这样您就不会浪费时间在 RAF 中“获取”它们。将它们保存在以它们的 html id 命名的对象中效果很好。在它进入您的 SI 或 RAF 之前设置该部分。

仅使用 RAF 更新您的变换,使用 3D 变换(即使是 2d),并设置 css“will-change: transform;” 在会改变的元素上。这使您的转换尽可能与本机刷新率同步,启动 GPU,并告诉浏览器最集中的位置。

所以你应该有这样的伪代码......

// refs to elements to be transformed, kept in an array
var element = [
   mario: document.getElementById('mario'),
   luigi: document.getElementById('luigi')
   //...etc.
]

var sprite = [  // read/write this with SI.  read-only from RAF
   mario: { id: mario  ....physics data, id, and updated transform string (from SI) here  },
   luigi: {  id: luigi  .....same  }
   //...and so forth
] // also kept in an array (for efficient iteration)

//update one sprite js object
//data manipulation, CPU tasks for each sprite object
//(physics, collisions, and transform-string updates here.)
//pass the object (by reference).
var SIupdate = function(object){
  // get pos/rot and update with movement
  object.pos.x += object.mov.pos.x;  // example, motion along x axis
  // and so on for y and z movement
  // and xyz rotational motion, scripted scaling etc

  // build transform string ie
  object.transform =
   'translate3d('+
     object.pos.x+','+
     object.pos.y+','+
     object.pos.z+
   ') '+

   // assign rotations, order depends on purpose and set-up. 
   'rotationZ('+object.rot.z+') '+
   'rotationY('+object.rot.y+') '+
   'rotationX('+object.rot.x+') '+

   'scale3d('.... if desired
  ;  //...etc.  include 
}


var fps = 30; //desired controlled frame-rate


// CPU TASKS - SI psuedo-frame data manipulation
setInterval(function(){
  // update each objects data
  for(var i=0; i<sprite.length-1; i++){  SIupdate(sprite[i]);  }
},1000/fps); //  note ms = 1000/fps


// GPU TASKS - RAF callback, real frame graphics updates only
var rAf = function(){
  // update each objects graphics
  for(var i=0; i<sprite.length-1; i++){  rAF.update(sprite[i])  }
  window.requestAnimationFrame(rAF); // loop
}

// assign new transform to sprite's element, only if it's transform has changed.
rAF.update = function(object){     
  if(object.old_transform !== object.transform){
    element[object.id].style.transform = transform;
    object.old_transform = object.transform;
  }
} 

window.requestAnimationFrame(rAF); // begin RAF

这使您对数据对象和转换字符串的更新同步到 SI 中所需的“帧”速率,并且 RAF 中的实际转换分配同步到 GPU 刷新率。因此,实际的图形更新仅在 RAF 中,但对数据的更改和构建转换字符串在 SI 中,因此没有卡顿,但“时间”以所需的帧速率流动。


流动:

[setup js sprite objects and html element object references]

[setup RAF and SI single-object update functions]

[start SI at percieved/ideal frame-rate]
  [iterate through js objects, update data transform string for each]
  [loop back to SI]

[start RAF loop]
  [iterate through js objects, read object's transform string and assign it to it's html element]
  [loop back to RAF]

方法 2. 将 SI 放入网络工作者中。这个非常流畅!

与方法1相同,但将SI放在web-worker中。然后它将在一个完全独立的线程上运行,让页面只处理 RAF 和 UI。将精灵数组作为“可转移对象”来回传递。这是buko 快。克隆或序列化不需要时间,但它不像通过引用传递,因为来自另一方的引用被破坏,因此您需要让双方都传递给另一方,并且只在存在时更新它们,排序就像在高中时和你的女朋友来回传递一张纸条一样。

一次只有一个人可以读写。这很好,只要他们检查它是否未定义以避免错误。RAF 速度很快,会立即将其踢回,然后通过一堆 GPU 帧检查它是否已被发回。web-worker 中的 SI 大部分时间都将拥有 sprite 数组,并将更新位置、运动和物理数据,以及创建新的转换字符串,然后将其传递回页面中的 RAF。

这是我所知道的通过脚本为元素设置动画的最快方法。这两个函数将作为两个独立的程序在两个独立的线程上运行,以单个 js 脚本无法利用的方式利用多核 CPU。多线程 javascript 动画。

它会很顺利地运行而不会出现卡顿,但在实际指定的帧速率下,差异很小。


结果:

这两种方法中的任何一种都可以确保您的脚本在任何 PC、手机、平板电脑等上以相同的速度运行(当然,在设备和浏览器的能力范围内)。

附带说明 - 在方法 1 中,如果 setInterval 中的活动过多,可能会由于单线程异步而减慢 RAF。与 SI 框架相比,您可以减轻这种分解活动的影响,因此异步将更快地将控制权传递回 RAF。请记住,RAF 以最大帧速率运行,但会与显示器同步图形更改,因此可以跳过几个 RAF 帧——只要您跳过的帧数不超过 SI 帧,它就不会卡顿。
2021-03-26 01:13:30
方法 2 更健壮,因为它实际上是对两个循环进行多任务处理,而不是通过异步来回切换,但您仍然希望避免 SI 帧花费的时间超过所需的帧速率,因此拆分 SI 活动可能仍然是如果它有很多数据操作正在进行,这将需要一个以上的 SI 帧来完成,这是可取的。
2021-03-26 01:13:30
你没有。您在网络工作者中进行计算并将结果发送消息。除此之外,您仍然以相同的方式运行您的 RAF。您可以类似地通过 iframe 运行另一个线程。消息传递的工作原理基本相同。我还没有尝试过 iframe 的想法。无论哪种方式,它都会将计算放在一个单独的线程中,而不是运行 RAF 和间隔帧的部分。
2021-03-30 01:13:30
我认为值得一提的是,作为一个有趣的注释,运行这样的成对循环实际上在 Chromes DevTools 中注册了 GPU 正在以 setInterval 循环中指定的帧速率运行!看起来只有发生图形变化的 RAF 帧才会被 FPS 计计为帧。因此,对于 GPU 而言,只有非图形工作,甚至只是空白循环的 RAF 帧都不算数。我觉得这很有趣,可以作为进一步研究的起点。
2021-04-03 01:13:30
PS 我做了一些阅读,似乎大多数浏览器都将后台选项卡中的定时事件限制为每秒一次(这可能也应该以某种方式处理)。如果您仍然想解决该问题并在不可见时完全暂停,则似乎有visibilitychange事件发生。
2021-04-05 01:13:30

如何轻松节流到特定的 FPS:

// timestamps are ms passed since document creation.
// lastTimestamp can be initialized to 0, if main loop is executed immediately
var lastTimestamp = 0,
    maxFPS = 30,
    timestep = 1000 / maxFPS; // ms for each frame

function main(timestamp) {
    window.requestAnimationFrame(main);

    // skip if timestep ms hasn't passed since last frame
    if (timestamp - lastTimestamp < timestep) return;

    lastTimestamp = timestamp;

    // draw frame here
}

window.requestAnimationFrame(main);

来源:Isaac Sukin 对 JavaScript 游戏循环和计时的详细解释

由于我独立于 RAF 跟踪 JS 对象中的所有运动,这可以保持动画逻辑、碰撞检测或您需要的任何内容,以感知一致的速率运行,无论 RAF 或 setTimeout 是什么,并需要一些额外的数学运算。
2021-03-29 01:13:30
如果我的显示器以 60 FPS 运行并且我希望我的游戏以 58 FPS 运行,我设置 maxFPS=58,这将使它以 30 FPS 运行,因为它会跳过每第二帧。
2021-04-07 01:13:30
是的,我也试过这个。我选择不实际限制 RAF 本身——只有更改由 setTimeout 更新。根据 DevTools 中的读数,至少在 Chrome 中,这会导致有效 fps 以 setTimeouts 速度运行。当然,它只能以显卡的速度和监视器刷新率来更新真实的视频帧,但这种方法似乎以最少的故障运行,因此最流畅的“明显”fps 控制,这就是我想要的。
2021-04-09 01:13:30