游戲畫面卡頓是什么原因

對于廣大玩家們而言，影響游戲體驗(yàn)的一大元兇，就當(dāng)屬卡頓和畫面撕裂了，特別是在玩動作游戲時，卡頓影響發(fā)揮的情況讓人想要砸鍵盤。

我依稀記得，曾經(jīng)玩《阿卡姆之城》最高難度因?yàn)闄C(jī)能不行掀桌子砸鍵盤的黑歷史，那種按下按鍵過了將近一秒才能得到回應(yīng)的體驗(yàn)讓人無比的光火。

但最后還是硬著頭皮打穿了，二十多幀的游戲體驗(yàn)，為什么要跟鍵盤過不去呢，不如去換電腦。..

其實(shí)，造成這一切的，不單單只是硬件水平的問題，比如說，同樣的硬件，驅(qū)動版本有問題的話，也會影響性能的發(fā)揮。

而卡頓的表現(xiàn)也不只有幀率低的情況，高幀率卡頓的情況也會影響游戲的表現(xiàn)，辨別卡頓的方法，除了看幀率外，還可以通過幀時間鑒別。

幀率是口鍋，什么都能裝

“哎呀，又掉幀了”，一般遇到游戲卡頓大家都會這么說，但對另一些同學(xué)來說，幀率卻仍然是一個非常陌生的名詞——游戲卡頓，和掉幀有什么關(guān)系呢？

事實(shí)上，幀率指的是平均一秒內(nèi)，游戲更新顯示了多少張“畫面”——同動畫和電影一樣，游戲呈現(xiàn)給玩家的方式，也是通過快速的畫面更迭來實(shí)現(xiàn)動態(tài)的畫面的。

這是利用了視覺暫留現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)的，由于人類眼睛的生理結(jié)構(gòu)，如果每秒能更新超過16張連續(xù)的畫面的話，就會給人一種“畫面連貫”的錯覺。

但不同的是，3D圖形渲染的機(jī)制，就決定了動畫和電影中一些能夠造成“動態(tài)視覺”的設(shè)計(jì)方法難以同樣地應(yīng)用。

因而在3D游戲當(dāng)中，就需要更高地幀率來實(shí)現(xiàn)動態(tài)的畫面，這也是為什么人們常說需要至少30幀的原因（當(dāng)然，30幀只是最低要求，如果有足夠刷新率的顯示器，能夠以更高的幀率來運(yùn)行游戲，自然是更好的）。

一般來說，幀率已經(jīng)足以反映游戲體驗(yàn)是否流暢了，不過，它其實(shí)是不能詳實(shí)可信地反映游戲運(yùn)行過程中實(shí)際情況的——如前面所說，動畫和游戲?qū)嶋H上是通過視覺暫留現(xiàn)象來實(shí)現(xiàn)動態(tài)畫面的。

而具體到游戲而言，則需要至少每秒30張畫面（也就是30fps）才能保證人眼不會明顯地感受到卡頓，但幀率作為計(jì)算方式計(jì)算的實(shí)際上是每秒的平均幀率，它并不能準(zhǔn)確地反映這一秒內(nèi)硬件渲染畫面的真實(shí)情況。

你需要幀時間來救場

這個時候，就可以求助于幀時間來更為詳細(xì)地分析卡頓的情況了——幀時間指的是硬件渲染每幀畫面的時間（也可以說是每一幀畫面的繪制時間），它的計(jì)量單位是毫秒（ms）。

理想情況下，當(dāng)我們游玩某一游戲獲得每秒60幀的幀率時，它每幀畫面在1秒鐘（1000毫秒）內(nèi)停留的時間應(yīng)當(dāng)精確于16.7毫秒。

但實(shí)際上，游戲在實(shí)時運(yùn)算時，隨著畫面的變化，顯卡、CPU、內(nèi)存等硬件由于需要互相協(xié)調(diào)運(yùn)作，因而每幀生成的時間間隔，并不一定穩(wěn)定地在一個理想的數(shù)值。

比如說，極端情況下，一秒鐘內(nèi)，如果前500毫秒渲染了60幀，在后500毫秒沒有渲染任何幀，這樣雖然幀率測量結(jié)果將仍將顯示為平均60fps，但在那沒有渲染的500毫秒內(nèi)，人眼是會感受到圖像信息沒有變化的，這樣的體驗(yàn)基本就可以稱之為卡頓了。

當(dāng)然，這只是個極端的例子，但在實(shí)際情況中，30fps的理想幀時間是33.3ms，如果高于這個數(shù)字，人眼就有可能感受到卡頓。

簡單來說，較高幀數(shù)下出現(xiàn)的卡頓問題正是幀生成時間不穩(wěn)定導(dǎo)致的，當(dāng)硬件無法及時處理游戲數(shù)據(jù)的實(shí)時運(yùn)算時，就會出現(xiàn)一些生成時間驚人的幀，這時即使硬件已經(jīng)處理好這一幀后面的數(shù)十個幀了。

因此，為了獲得流暢的游戲體驗(yàn)，高幀率和穩(wěn)定的低水平幀時間就缺一不可了。

你們猜，下面這種情況，你們覺得實(shí)際游戲體驗(yàn)有沒有出現(xiàn)卡頓呢？

真相只有一個！卡頓卻不是

硬件是造成卡頓和掉幀的第一元兇？硬件當(dāng)然是出現(xiàn)卡頓時人們通常能想到的原因——執(zhí)行游戲后臺進(jìn)行的計(jì)算工作的，是處理器，將數(shù)據(jù)傳輸給處理器的，則是內(nèi)存。

面對日益復(fù)雜精美的圖形畫面，顯卡多年來一直都在風(fēng)中搖擺，價(jià)位的差異，基本上就是計(jì)算機(jī)硬件水平的劃分，五千的游戲本，自然和一萬的游戲本能完成的工作是有著天壤之別的（臺式機(jī)同理）。

更好的計(jì)算機(jī)硬件，能同時處理更多的數(shù)據(jù)，應(yīng)對更為復(fù)雜的工作，支持更新的圖像技術(shù)——從DX8到DX12，這幾年游戲畫面的進(jìn)步也是有目共睹的——需要占用至少3.5GB顯存的游戲用4GB顯存的顯卡運(yùn)行，出現(xiàn)卡頓也是正常的了。

因而，人們面對卡頓第一時間懷疑是自己硬件的鍋，也是很正常的，畢竟——沒那能力硬攬瓷器活是會翻車的。

驅(qū)動也來湊熱鬧！

另外，驅(qū)動程序也在很大程度上影響著硬件的性能發(fā)揮，我就曾經(jīng)遇到過某一版本的驅(qū)動導(dǎo)致游戲幀數(shù)下降了一大半不到二十幀的情況。

嚇得我趕緊回滾至前一個版本了（其實(shí)一開始玩新游還以為是硬件不行，后來發(fā)現(xiàn)玩之前的游戲也這樣。..）。

但這又是因?yàn)槭裁茨?？我們先來了解一下?qū)動是什么——設(shè)備驅(qū)動程序（英語：device driver），簡稱驅(qū)動程序（driver）。

是一個允許高端（High level）計(jì)算機(jī)軟件（computer software）與硬件（hardware）交互的程序，這種程序創(chuàng)建了一個硬件與硬件，或硬件與軟件溝通的接口，經(jīng)由主板上的總線（bus）或其它溝通子系統(tǒng)（subsystem）與硬件形成連接的機(jī)制，以使得硬件設(shè)備（device）上的數(shù)據(jù)交換成為可能。

由于驅(qū)動程序需要對硬件功能進(jìn)行低級訪問才能運(yùn)行，因此驅(qū)動程序通常也是在高特權(quán)的環(huán)境中運(yùn)行的，如果出現(xiàn)問題，幾乎可以肯定會導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行出現(xiàn)問題。

這也是為什么編寫驅(qū)動程序的任務(wù)通常軟件工程師或計(jì)算機(jī)工程師來完成的，這是因?yàn)樗麄儽却蠖鄶?shù)人有更好的信息來設(shè)計(jì)他們的硬件。

因此，驅(qū)動程序的表現(xiàn)直接決定了硬件的實(shí)際效能輸出，如果某個版本的驅(qū)動更新出現(xiàn)了問題，就會遇到我之前遇到的性能問題。

好在，一流的軟件工程師和計(jì)算機(jī)工程師也不是吃素的，因而，一般在后續(xù)的版本更新里也會修復(fù)這些問題。

落井下石的游戲負(fù)優(yōu)化

那我大幾萬買的筆記本/臺式機(jī)為什么有時候玩一款游戲也會卡頓呢？這就不得不說到游戲公司有時候令人驚訝的“負(fù)優(yōu)化”的。

事實(shí)上，除了負(fù)責(zé)硬件數(shù)據(jù)輸出效率的驅(qū)動，在制作游戲時，游戲中要出現(xiàn)多少素材，怎樣優(yōu)化硬件數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，也都會影響到最終的游戲體驗(yàn)（比如寒霜朋克玩到后期就會出現(xiàn)這個問題）。

比如說，2007年的二戰(zhàn)即時戰(zhàn)略游戲《英雄連》，如果正常游玩的話，用現(xiàn)在的游戲本來運(yùn)行就能保持到一個很高的幀率水平。

但是在開啟了修改器取消人口上限后，幾百個小分隊(duì)擠在屏幕中央的畫面的確看起來雖然十分的壯觀，但同時也會因?yàn)檎加眠^多的系統(tǒng)資源而不可避免地發(fā)生卡頓的情況。

事實(shí)上，許多游戲在設(shè)計(jì)時就是通過減少場景內(nèi)不必要的素材來提高游戲的效能表現(xiàn)的，而一些取巧的設(shè)計(jì)思路也能產(chǎn)生不錯的效果。

著名的射擊游戲《使命召喚》系列，就是以區(qū)域內(nèi)素材的使用見長的。

它將游戲使用的素材集中于設(shè)計(jì)好的“必經(jīng)道路”上，不僅避免了浪費(fèi)機(jī)能的情況，還給玩家們帶來了一流的電影化體驗(yàn)（事實(shí)上，有一段時間里，一些玩家是把COD當(dāng)互動電影來對待的）。

而另一種常見的解決方案，大概就屬游戲設(shè)計(jì)當(dāng)中的紙片山紙片人了——這種設(shè)計(jì)大大減少了硬件的數(shù)據(jù)處理量，還在一定程度上保證了視覺效果的體驗(yàn)。

而硬件應(yīng)用效率的問題，則分別和游戲所使用的引擎和開發(fā)人員的技術(shù)功底有關(guān)。

前者主要是引擎本身采用的算法可能導(dǎo)致的效能問題，而后者則在于對游戲運(yùn)行過程中對硬件使用的優(yōu)化——如何更加高效地運(yùn)用內(nèi)存、顯存還有處理器，是開發(fā)人員在技術(shù)層面一直試圖不斷突破的一種能力。

而負(fù)優(yōu)化的情況，基本上就是反面教材了。

總之

總而言之，面對游戲畫面卡頓的情況，硬件和軟件都有可能是造成這一切的元兇，升級硬件，降低畫面設(shè)置誠然是一種不錯的選擇。

不過識別卡頓的真正原因，對對癥下藥，更新驅(qū)動或是放棄一款游戲，也是游玩過程中需要注意的，用幀時間來分析游戲運(yùn)行狀況，就能更為清晰地了解實(shí)情，是升級硬件，還是更換驅(qū)動，怎樣選擇也就一目了然了。

在追求極致游戲體驗(yàn)的道路上，怎樣能少花錢多辦事，玩得舒心，還是一門值得研究的學(xué)問呢！