Rx中的游戏更新渲染循环:如何确保状态一致

Question

我是的Reactive Extensions的新手。NET，在玩它的时候，我认为如果它可以用于游戏而不是传统的更新渲染模式，那将是非常棒的。与其尝试对所有游戏对象调用Update（），对象本身只需订阅他们感兴趣的属性和事件并处理任何更改，从而减少更新、提高可测试性和更简洁的查询。

但是，例如，一旦属性的值发生更改，所有订阅的查询也会希望立即更新其值。依赖关系可能非常复杂，一旦所有东西都要渲染，我不知道是否所有对象都完成了下一帧的更新。依赖关系甚至可能使得一些对象基于彼此的更改而不断更新。因此，游戏在渲染时可能处于不一致的状态。例如，移动的复杂网格，其中某些部分已更新其位置，而其他部分在渲染开始后尚未更新。这对于传统的更新渲染循环来说不会有问题，因为更新阶段将在渲染开始之前完全结束。

那么我的问题是：在渲染所有内容之前，是否有可能确保游戏处于一致状态（所有对象都完成了更新）？

Answer 1

简单的答案是肯定的，可以实现您所希望的游戏更新循环解耦。我使用Rx和XNA创建了一个概念验证，它使用了一个单独的渲染对象，该对象与游戏循环没有任何联系。相反，实体会启动一个事件，通知订阅者他们已经准备好进行渲染；事件数据的有效载荷包含在该时间为该对象呈现帧所需的所有信息。

渲染请求事件流与计时器事件流（仅为Observable.Interval计时器）合并，以使渲染与帧速率同步。它似乎运行得很好，我正在考虑在稍大的范围内进行测试。我已经让它在批量渲染（一次渲染多个精灵）和单独渲染中都能很好地工作。请注意，以下代码使用的Rx版本是与WP7 ROM（Mirosoft.Phone.Requivative）一起提供的版本

假设你有一个类似的对象：

public abstract class SomeEntity
{
    /* members omitted for brevity */
    IList _eventHandlers = new List<object>();
    public void AddHandlerWithSubscription<T, TType>(IObservable<T> observable, 
                                                Func<TType, Action<T>> handlerSelector)
                                                    where TType: SomeEntity
    {
      var handler = handlerSelector((TType)this);
      observable.Subscribe(observable, eventHandler);
    }
    public void AddHandler<T>(Action<T> eventHandler) where T : class
    {
        var subj = Observer.Create(eventHandler);            
        AddHandler(subj);
    }
    protected void AddHandler<T>(IObserver<T> handler) where T : class
    {
        if (handler == null)
            return;
        _eventHandlers.Add(handler);
    }
    /// <summary>
    /// Changes internal rendering state for the object, then raises the Render event 
    ///  informing subscribers that this object needs rendering)
    /// </summary>
    /// <param name="rendering">Rendering parameters</param>
    protected virtual void OnRender(PreRendering rendering)
    {
        var renderArgs = new Rendering
                             {
                                 SpriteEffects = this.SpriteEffects = rendering.SpriteEffects,
                                 Rotation = this.Rotation = rendering.Rotation.GetValueOrDefault(this.Rotation),
                                 RenderTransform = this.Transform = rendering.RenderTransform.GetValueOrDefault(this.Transform),
                                 Depth = this.DrawOrder = rendering.Depth,
                                 RenderColor = this.Color = rendering.RenderColor,
                                 Position = this.Position,
                                 Texture = this.Texture,
                                 Scale = this.Scale, 
                                 Size = this.DrawSize,
                                 Origin = this.TextureCenter, 
                                 When = rendering.When
                             };
        RaiseEvent(Event.Create(this, renderArgs));
    }
    /// <summary>
    /// Extracts a render data object from the internal state of the object
    /// </summary>
    /// <returns>Parameter object representing current internal state pertaining to rendering</returns>
    private PreRendering GetRenderData()
    {
        var args = new PreRendering
                       {
                           Origin = this.TextureCenter,
                           Rotation = this.Rotation,
                           RenderTransform = this.Transform,
                           SpriteEffects = this.SpriteEffects,
                           RenderColor = Color.White,
                           Depth = this.DrawOrder,
                           Size = this.DrawSize,
                           Scale = this.Scale
                       };
        return args;
    }

请注意，该对象没有描述如何渲染自己，而只是充当将在渲染中使用的数据的发布者。它通过向可观察性订阅Actions来公开这一点。

考虑到这一点，我们还可以有一个独立的RenderHandler:

public class RenderHandler : IObserver<IEvent<Rendering>>
{
    private readonly SpriteBatch _spriteBatch;
    private readonly IList<IEvent<Rendering>> _renderBuffer = new List<IEvent<Rendering>>();
    private Game _game;
    public RenderHandler(Game game)
    {
        _game = game;
        this._spriteBatch = new SpriteBatch(game.GraphicsDevice);
    }
    public void OnNext(IEvent<Rendering> value)
    {
        _renderBuffer.Add(value);
        if ((value.EventArgs.When.ElapsedGameTime >= _game.TargetElapsedTime))
        {
            OnRender(_renderBuffer);
            _renderBuffer.Clear();
        }
    }
    private void OnRender(IEnumerable<IEvent<Rendering>> obj)
    {
        var renderBatches = obj.GroupBy(x => x.EventArgs.Depth)
            .OrderBy(x => x.Key).ToList(); // TODO: profile if.ToList() is needed
        foreach (var renderBatch in renderBatches)
        {
            _spriteBatch.Begin(SpriteSortMode.Deferred, BlendState.AlphaBlend);
            foreach (var @event in renderBatch)
            {
                OnRender(@event.EventArgs);
            }
            _spriteBatch.End();
        }
    }
    private void OnRender(Rendering draw)
    {
        _spriteBatch.Draw(
            draw.Texture,
            draw.Position,
            null,
            draw.RenderColor,
            draw.Rotation ?? 0f,
            draw.Origin ?? Vector2.Zero,
            draw.Scale,
            draw.SpriteEffects,
            0);
    }

注意重载的OnRender方法，它们对Rendering事件数据进行批处理和绘制（这更像是一条消息，但不需要太语义化！）

连接游戏类中的渲染行为只需两行代码：

entity.AddHandlerWithSubscription<FrameTicked, TexturedEntity>(
                                      _drawTimer.Select(y => new FrameTicked(y)), 
                                      x => x.RaiseEvent);
entity.AddHandler<IEvent<Rendering>>(_renderHandler.OnNext);

在实体实际渲染之前，要做的最后一件事是挂上一个计时器，该计时器将作为游戏各个实体的同步信标。这就是我认为的Rx等效于灯塔每1/30脉冲一次（默认30Hz WP7刷新率）。

在你的游戏课上：

private readonly ISubject<GameTime> _drawTimer = 
                                         new BehaviorSubject<GameTime>(new GameTime());
// ... //
public override Draw(GameTime gameTime)
{
    _drawTimer.OnNext(gameTime);
}

现在，使用Game的Draw方法似乎无法达到目的，所以如果你想避免这样做，你可以用Publish代替ConnectedObservable（热可观察），如下所示：

IConnectableObservable<FrameTick> _drawTimer = Observable
                                                .Interval(TargetElapsedTime)
                                                .Publish();
//...//
_drawTimer.Connect();

这种技术在Silverlight托管的XNA游戏中非常有用。在SL中，Game对象不可用，开发者需要进行一些欺骗才能使传统的游戏循环正常工作。有了Rx和这种方法，就没有必要这么做了，有望在将游戏从纯XNA移植到XNA+SL 时提供更少的破坏性体验

Answer 2

这可能是一个关于在游戏循环中将渲染与更新解耦的普遍问题。这是网络游戏已经必须面对的问题；"当你还不知道发生了什么的时候，你如何渲染一些不会破坏玩家沉浸感的东西？"

一种方法是"多重缓冲"场景图或其元素，并以更高的渲染帧速率实际渲染插值版本。当特定时间步长的所有操作都完成时，您仍然需要在更新中识别一个点，但它不再与渲染绑定。相反，您可以将更新结果复制到带有时间戳的新场景图实例中，然后开始下一次更新。

这确实意味着渲染有滞后，因此可能不适合所有类型的游戏。

Answer 3

为什么不使用某种IScheduler来安排更改订阅。然后，你可以让你的主游戏循环步进你的调度器实现每帧16.6毫秒（假设60fps）。这个想法是，它将执行任何在该时间到期的预定操作，因此您仍然可以使用延迟或节流之类的东西。