因英雄联盟卡而引发的关于游戏FPS问题的研究与探讨（一）
由于最近论坛里反映英雄联盟游戏卡，FPS时高时低的问题非常多，但看起来都没有什么好的解决方案，于是就引发了我想对游戏FPS一探究竟的好奇心！因为，任何事都要将就个为什么，尤其是技术问题，对“为什么”的原理性了解没深入一点，都会让你解决问题的思路更开阔一些！盲目听取经验的同时，我觉得大家更应该多去了解一些原理性的东西，因为这太重要了！
举个最简单的例子，多知道点原理，吹牛逼都能逼别人吹的精彩，不是吗？
当然，我要声明一下，我不会玩游戏，对游戏了解也不多，而对于FPS这个卡和不卡的问题也是刚开始查资料研究，所以有错误之初大家尽管提，大家一起来探索这个课题！
在这篇文章里，我们大概要由浅入深的尝试解读以下几个问题（转却的说是转载几篇其他先驱的文章，并进行有逻辑的组合，在此感谢他们的分享）：
目录：
一、用游戏和电影解读，fps高低与卡和流畅的关系；
二、CPU、显卡对游戏FPS的影响；
三、网络延时对网游fps的影响；
一、用游戏和电影解读，fps高低与卡和流畅的关系；
FPS （每秒传输帧数(Frames Per Second)，白话翻译：1秒内显示几张静态图片！ FPS是图像领域中的定义，是指画面每秒传输帧数，通俗来讲就是指动画或视频的画面数。FPS是测量用于保存、显示动态视频的信息数量。每秒钟帧数愈多，所显示的动作就会愈流畅。通常，要避免动作不流畅的最低是30。某些计算机视频格式，每秒只能提供15帧。 FPS”也可以理解为我们常说的“刷新率（单位为Hz）”，例如我们常在CS游戏里说的“FPS值”。我们在装机选购显卡和显示器的时候，都会注意到“刷新率”。一般我们设置缺省刷新率都在75Hz（即75帧/秒）以上。例如：75Hz的刷新率刷也就是指屏幕一秒内只扫描75次，即75帧/秒。而当刷新率太低时我们肉眼都能感觉到屏幕的闪烁，不连贯，对图像显示效果和视觉感观产生不好的影响。 电影以每秒24张画面的速度播放，也就是一秒钟内在屏幕上连续
为什么游戏必须要60FPS才能感觉到十分流畅？而电影24FPS就可以流畅？
为什么认为游戏帧数要到 60 帧每秒才流畅，而大部分电影帧数只有 24 帧每秒却不卡？虽然电影24FPS也不如60FPS的流畅，但是24FPS不会让人觉得卡，甚至12FPS都不会让人觉得卡，而24FPS的游戏能让人很明显的感受到卡，12FPS就是幻灯片了，这是为什么呢？有两个原因。
第一个原因就是由两者图像生成原理不同造成的。
电影虽然只有24FPS，但是每一帧都包含了1/24秒里一段时间的信息，而游戏则只包含那个节点的信息。把1除以24就是0.04167，一个电影在一段时间你曝光，画面的每一帧，都包含有一段时间的信息，信息量较大，而游戏的第一帧包含第0秒的信息，第二帧包含了第0.04167秒的信息，只有一个瞬间的信息，这中间的信息完全丢失了，所以看起来会卡。
用图来解释一下，比如有一个圆从左上角移动到右下角，第一帧是这样的：
如果是电影，第二帧可能是类似下图这样的（图画得不好但是就是这个意思）：
如果是游戏的话，第二帧就应该是这样的图：
看出区别来了吗？这是因为电影和游戏的画面生成方式的本质不同造成的，电影的画面是拍摄的实际场景，在一段时间内胶片持续曝光，这一段时间里人物场景的变化都会被拍到胶片上，每隔一段时间换下一张胶片再曝光一段时间。相机也是一样的原理，如果我们把手机镜头使劲的晃动然后拍一张照片，会发现照片是模糊的，这就是因为曝光过程中把移动过程中一段时间的场景都拍进去了，就模糊了，我们就能感觉到电影里面的人物是移动过去的，可以看到移动的轨迹，画面是“连贯”的。
而游戏的画面则是由显卡生成的，显卡通过计算生成一帧画面，生成完毕后再计算下一帧，这样每一帧都是清晰的，不会有模糊，像我上面图中的那个圆，不管他的移动速度是快是慢，显卡只计算两帧画面，中间的移动轨迹一概不会显示，我们看到物体就好像老版西游记里面孙悟空施一个法术“就”的一声飞过去了。
这里大家可以花10秒钟时间做一个非常简单的实验，先缓慢的挥手，发现手的影像是很清晰的，再快速的挥手，发现手的影像不清晰了，有了残影，但是你绝对不会觉得画面卡了，这就是电影的效果。我们再来模拟游戏的效果，先缓慢的移动鼠标，再快速的移动鼠标，发现了吗，快速移动的时候鼠标卡了，鼠标是一下下的跳动过去的，这就是游戏的效果了，知道为什么卡了吗。
游戏里慢慢的移动，他也是一秒钟60帧画面，飞快的移动，也是60帧，这样当你很快移动的时候，会发现“卡”了。当鼠标一秒移动60像素的时候，显示器一秒输出60帧画面，一秒移动600像素的时候显示器还是一秒60帧画面，问题就来了，当一秒60像素的时候，鼠标箭头是1像素1像素的移动，一秒600像素的时候，箭头就变成10像素10像素的移动了，画面就不连贯了，就卡了。电影就不一样了，1米1米的移动的时候，每帧的画面是清晰，10米10米的移动的时候，人物动作就会出现拖影，给人以动感的效果，连贯而不卡。人眼的视觉暂留和相机拍摄视频的原理是一样的，人的眼睛不可能在第0秒看到一副画面，到第0.04167秒又看到一副画面，而是连续的接受光照在视网膜上，所以快速挥手，可以看到手的残影，效果跟电影里面的模糊类似的，就算FPS不高也不会卡了，而如果在游戏里面快速挥手，就只能看到手在两边来回跳，中间的画面没了，就卡了。
在上面的实验中，如果试着更快速的移动鼠标，并且让鼠标做出更复杂的动作，例如画8字形，会发现中间丢失的关键帧更多了，越发显得卡了。这也就可以解释为什么RPG游戏以较低FPS运行的时候不觉得卡，而FPS以低FPS运行的时候会卡了，这是因为RPG游戏节奏缓慢，FPS节奏快，人物移动迅速，一旦FPS不高，中间的动作就会有断档，会觉得卡了，所以FPS游戏对FPS的要求更高。就像不管我们怎么移动鼠标，显示器始终60FPS没变，但是快速移动就是会卡，这是游戏和电影生成影像的原理本质不同造成的。并且FPS对操作响应速度的要求非常高，一旦FPS低了操作也会反应不过来，RPG对操作反应速度要求明显低多了，像回合制的压根就无所谓了，喝杯茶再来操作都行，FPS里的生死都在毫秒间，FPS一低随时挂掉。
现在很多游戏特别是赛车游戏，当速度变得很快的时候，会加入一个动态模糊的特效，就是模拟电影中这种高速运动的物体有拖影的效果，但毕竟是模拟特效，还是不能和真拍出来的效果比。真正的动态模糊并不是单纯的做一个模糊的拖影，他实际上是视觉暂留，因为人脑运算速度不够快，一秒钟只能处理几十帧画面，一旦物体运动过快，之前的影像还停留在眼睛里，和后面的影像重合，所以才出现了模糊，如果缓慢运动，人脑速度跟得上，就不会模糊了。所以实际上这个模糊，是之前的影像和后面的影响重叠在一起产生的效果。如果游戏要达到这种真实的效果，不是光做一个模糊的效果就行了，必须要计算那一帧前后的画面，并且模糊后叠加，才能真正的模拟人眼看到的真实效果，这明显机能不够，就算有了动态模糊，看起来不怎么卡了，但是仍旧不真实。到控制面板打开鼠标的指针拖影，是不是更卡了，这就是极其糟糕的动态模糊效果了。
第二个原因就是电影的FPS是稳定的，而游戏则是不稳定的。
电影虽然是24FPS，但是他固定每隔1/24秒换一次画面，画面出现速度是固定的，这点雷打不动，画面稳定。而游戏乍一看是60FPS没错，但是为什么同样是60FPS，有的显卡流程有的显卡卡顿呢，有人就曾经做评测研究过，为什么一模一样的FPS，有些显卡会感到“顿卡”呢。评测是这样的，他记录了在一秒里面，每一帧都在什么时候出现，于是一下子真相大白，流畅的显卡，他60帧画面是每隔约1/60（≈16.67毫秒）秒出现一次，也就是说显卡稳定的每隔一段固定的时间生成一副画面。卡顿的显卡，可能前半秒生成了59帧画面，后半秒就只有1帧画面了，那个评测里面提到一个概念“最大帧间隔”，也就是说两帧之间的间隔时间，如果是稳定的，那画面就流畅，如果不稳定，就会卡，有的显卡最大可达数百毫秒，相当于一秒才几帧画面，那自然会让人感觉卡了，如果稳定在33毫秒，只需要30FPS，就会让人觉得基本流畅了。
除了显卡性能的不稳定导致上面这种情况出现，就是稳定性能的显卡，也会出现FPS不变帧间隔时间长短不一，因为每一秒里面的画面有很多帧，每一帧的画面复杂程度都不一样。而且不管是PC还是主机，除非显卡性能大大超越游戏硬件需求，否则FPS都不可能稳定在某一数值，游戏评测里都会有平均FPS和最低FPS，最要最低FPS低于了某一数值，游戏自然会在某一时间卡顿。
大家都知道，游戏的卡顿分很多原因。RTS游戏中单位出现过多，CPU计算能力不够，会卡，游戏特效变好，显卡算不过来，会卡，切换地图读硬盘，会卡，场景太大内存放不下，会卡。如果我们把FPS（每秒帧数），换成FPM（每分钟帧数），可能会发现，一个游戏每一分钟的帧数都会大于3600，也就是每秒都大于60，那这样就不卡了？可能前面30秒每秒有100帧画面，后面30秒每秒只有20帧画面，那后面30秒无疑很卡了。用FPM甚至FPH，这完全就是耍流氓，回过头来看FPS难道不也是在耍流氓吗？我们只看一秒钟总共有多少帧，而不去看更小的单位，每100毫秒有多少帧，这也是在耍流氓，在一秒钟内整体似乎是流畅的，可是分割到百毫秒十毫秒的时候，并不是每百毫秒十毫秒都是流畅的。所以光看一秒钟有60帧就认为不卡，是错误的，就像我们不能说一分钟有3600FPS就不卡了一样，“卡”是发生在更短的时间内，而不是一秒。
所以，60FPS的游戏会卡。
如果大家玩过2D游戏就会感受到，2D游戏的FPS不高，但是不卡，因为2D游戏的人物动作大都是播片，实际上就是播放一段简单的动画，哪怕只有20多FPS，甚至十几FPS，一样“不卡”，有些无良游戏商制作的2D游戏，人物动作一秒就几帧画面，也不会有3D游戏的那种卡顿感，因为动作是稳定播放的，不是即时生成的，既不会出现原因一中动作过快“看不清”的情况，也不会出现FPS不稳定的情况。当然有些2D游戏里面也有即时生成的光影，当硬件机能不够的时候，依然会“卡”。
