Stride引擎中解决窗口模式下的画面撕裂问题

问题背景

在Stride游戏引擎的FPS模板项目中，当游戏运行在窗口模式时，玩家会遇到明显的画面撕裂现象。这种现象特别在玩家左右移动并同时转动视角时尤为明显，严重影响游戏体验。而在全屏模式下，画面则能保持流畅。

问题根源分析

经过技术分析，发现画面撕裂问题主要源于以下几个方面：

1. 物理更新与渲染不同步：在默认实现中，摄像机直接绑定在物理实体上，其变换更新依赖于物理系统的更新间隔，导致与渲染帧率不同步。

2. 窗口模式下的垂直同步限制：Windows窗口模式下的垂直同步机制与全屏模式存在差异，更容易出现画面撕裂。

3. 摄像机更新策略：直接跟随物理实体的摄像机更新方式缺乏平滑过渡，导致画面抖动。

解决方案

1. 平滑跟随摄像机实现

核心解决方案是引入一个平滑跟随组件，通过插值算法让摄像机平滑跟随玩家角色：

[ComponentCategory("Utils")]
[DataContract("SmoothFollowAndRotate")]
public class SmoothFollowAndRotate : SyncScript
{
    public Entity EntityToFollow { get; set; }
    public float Speed { get; set; } = 25f; // 推荐值为25

    public override void Update()
    {
        var deltaTime = (float)this.Game.UpdateTime.Elapsed.TotalSeconds;
        var currentPosition = Entity.Transform.Position;
        var currentRotation = Entity.Transform.Rotation;

        EntityToFollow.Transform.GetWorldTransformation(out var otherPosition, out var otherRotation, out var _);

        var newPosition = Vector3.Lerp(currentPosition, otherPosition, Speed * deltaTime);
        Entity.Transform.Position = newPosition;

        Quaternion.Slerp(ref currentRotation, ref otherRotation, Speed * deltaTime, out var newRotation);
        Entity.Transform.Rotation = newRotation;
    }
}

2. 场景结构调整

需要在场景中做出以下调整：

• 将摄像机从玩家控制器中解除父子关系
• 在角色控制器上添加一个新的枢轴点
• 将平滑跟随组件添加到摄像机，使其跟随这个新枢轴点

3. 相关脚本修改

需要对FPS模板中的几个关键脚本进行适配修改：

PlayerInput.cs修改

将摄像机引用类型从CameraComponent改为Entity：

public Entity Camera { get; set; }

Utils.cs修改

调整射线检测相关代码：

var inverseView = camera.Transform.WorldMatrix;

FpsCamera.cs修改

简化视图矩阵更新逻辑：

private void UpdateViewMatrix()
{
    var rotation = Quaternion.RotationYawPitchRoll(Yaw, Pitch, 0);
    Entity.Transform.Rotation = rotation;
}

性能优化建议

1. 更新率设置：将WindowMinimumUpdateRate.MinimumElapsedTime设置为零可以进一步提升流畅度：

WindowMinimumUpdateRate.MinimumElapsedTime = TimeSpan.Zero;

2. 平滑参数调整：平滑跟随组件的Speed参数需要根据实际项目调整，推荐从25开始测试。

3. 初始化优化：某些视觉效果（如体积光）可能在加载时造成短暂卡顿，这是正常现象，通常2-3秒后会恢复正常。

实现效果

经过上述修改后，窗口模式下的游戏体验将变得与全屏模式同样流畅，画面撕裂问题完全解决。摄像机移动平滑自然，玩家操作响应灵敏。

项目实践建议

对于新项目，建议直接基于修改后的FPS模板开始开发。这个改进方案不仅解决了画面撕裂问题，还提供了更优秀的摄像机控制体验，是Stride引擎FPS游戏开发的推荐实践。