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C++(VS2017)のコンソールアプリでフレームレート(FPS)固定ができない

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egd

score 12

 前提・実現したいこと

C++のコンソールアプリケーションでフレームレート(FPS)を固定しようと思い、以下のような短いサンプルを作ってみました。すると、1フレームごとに正しい結果が得られますが、もう1フレームは高いFPSが出てしまいました。

どこかロジックに穴があるような気がしますが、煮詰まってしまいました。
どのようにしたらいいでしょうか?

ソースは下の一種類のみです。

 該当のソースコード

#include "pch.h"
#include <iostream>
#include <Windows.h>
using namespace std;

LARGE_INTEGER _frequency;
LARGE_INTEGER _now;
LARGE_INTEGER _prevNow;


int main()
{
    QueryPerformanceFrequency(&_frequency);
    QueryPerformanceCounter(&_now);
    QueryPerformanceCounter(&_prevNow);

    while (true)
    {

        QueryPerformanceCounter(&_now);

        LONGLONG delta = _now.QuadPart - _prevNow.QuadPart;
        double deltaTime = (double)delta / (double)_frequency.QuadPart;
        _prevNow = _now;


        double fps = 1.0f / deltaTime;
        cout << "FPS : " << fps << endl;

        double restTime = 1.0f / 60.0f - deltaTime;
        double restCnt = 0.0f;
        if(restTime > 0.0f)
            Sleep(restTime * 1000.0f);


    }

}

 出力結果

FPS : 52.5868
FPS : 1048.39
FPS : 52.2822
FPS : 1091.58
FPS : 59.2504
FPS : 989.648
FPS : 55.306
FPS : 738.861
FPS : 53.4224
FPS : 844.888
FPS : 60.5546
FPS : 745.414
FPS : 59.4455
FPS : 911.216
FPS : 56.0977
FPS : 958.138
FPS : 55.9818
FPS : 936.421
FPS : 58.9909
FPS : 836.193
FPS : 60.433
FPS : 1169.63

 補足情報(FW/ツールのバージョンなど)

VS2017

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  • KoichiSugiyama

    2018/11/16 13:19

    私の理解が浅いのか、プログラムからの結果を見ると、特におかしいところはないと思いますが、どういった結果になるのを想定されていますか?それを書いていただいた方が的確な回答が得やすいと思います。

    キャンセル

  • egd

    2018/11/16 18:01

    皆様、ご回答ありがとうございます。これから内容を精査させていただきます。こちらの補足としましては、毎回60FPSに近い出力が表示されることがゴールです。もしテストできるようでしたらコンソールアプリを作って上記コードをコピペして実行してみてもいいかもしれません。

    キャンセル

回答 4

+2

こんにちは。

結果を見る限り deltaTime は 1.0f/60.0f より大きいはずです。(60fpsより遅いので)
すると restTimeは負になります。負の数を与えた時に Sleep()がどのように振る舞うのか把握していませんが、結果を見ると直ぐに帰ってきているということと思います。なので2回に1回速過ぎるのではないでしょうか?

また、Sleep()の精度もそれほど高くはなかったはずです。Windowsのバージョンにより十数mSecとか47mSec前後とか色々聞きます。
timeBeginPeriod()を使って改善できます。

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+1

質問者様のコードだとSleepした時間を計算に含めてしまっているため意図しない結果になっているかもしれません
(この推測は間違ってる可能性が非常に高いですが…)

1ループ中にかかった時間を元にSleep時間を割り出してSleepを実行するようにするとFPSを固定化できました。

#include "pch.h"
#include <iostream>
#include <Windows.h>
using namespace std;

LARGE_INTEGER _frequency;
LARGE_INTEGER _start;
LARGE_INTEGER _finish;
LARGE_INTEGER _loopend;


int main()
{
    QueryPerformanceFrequency(&_frequency);

    while (true)
    {
        //計測開始
        QueryPerformanceCounter(&_start);

        // ** DrawやCalc等の重い処理 ** //
        //Sleep(20); //重い処理を想定

        //計測終了
        QueryPerformanceCounter(&_finish);

        LONGLONG delta = _finish.QuadPart - _start.QuadPart;

        //処理の所要時間
        double deltaTime = (double)delta / (double)_frequency.QuadPart;

        //待機時間
        double restTime = 1.0f / 60.0f - deltaTime;

        if (restTime > 0.0f)
            Sleep(restTime * 1000.0);


        //1ループ当たりの時間を算出
        QueryPerformanceCounter(&_loopend);
        delta = _loopend.QuadPart - _start.QuadPart;
        deltaTime = (double)delta / (double)_frequency.QuadPart;

        double fps = 1.0 / deltaTime;
        cout << "FPS : " << fps << endl;
    }

}

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  • 2018/11/16 18:49

    無事にFPSを固定させることができました。
    こちらの回答者様の推測がおそらく一番私のイメージと近かったです、ありがとうございます。

    やはり、ロジックの方が煮詰まってきていて、おかしくなっていました。
    計測開始、処理までの時間を計測、待った後も含めた時間を計測と三段階にすることでクリアになりました。

    他の回答者様の回答も非常に参考になりました。ありがとうございます。
    また、Sleepにつきましては他の回答者様も仰っているように、精度も低いので、私の手元の方ではQueryPerformanceCounterを絡めたwhile文を回すなどで対応しています。

    キャンセル

+1

WindowsAPIのSleepは引数がDWORDですし精度がミリ秒なので、それの影響ではないでしょうか。
FPS値が大きくなるときは、直前のrestTimeは0.0008とかの小さい値でしたので、1000倍しても値は0になってしまい、期待しているウェイトにはなっていないと思われます。
Unix系ならnanosleepというのが使えるようですが、Windows系だと(あまり調べてませんが)なさそうです。
似たようなものを自作するしかないかもしれません。

追記
Sleepに頼らない作りを考えてみました。
こういうつくりの方が環境に左右されず、現実的かもしれません。
適当に書いたので計算とか間違ってたらすみません。

int main()
{
    QueryPerformanceFrequency(&_frequency);
    QueryPerformanceCounter(&_now);

    while (true)
    {
        _prevNow = _now;

        // 処理
        // 処理
        // 処理

        double end = _prevNow.QuadPart / (double)_frequency.QuadPart + (1.0f / 60.0f);
        while(1){
            QueryPerformanceCounter(&_now);
            double now = _now.QuadPart / (double)_frequency.QuadPart;
            if(end <= now) break;
        }

        LONGLONG delta = _now.QuadPart - _prevNow.QuadPart;
        double deltaTime = (double)delta / (double)_frequency.QuadPart;
        double fps = 1.0f / deltaTime;
        cout << "FPS : " << fps << endl;
    }
}

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+1

Sleepに突っ込む前のrestTimeの値を表示してみてはどうでしょうか?

ここの値が0.017付近の値であれば、FPS60ぐらいとなりますし、
もし0.001を入れていれば、FPS1000という結果になるでしょう

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