Timebased Movement
Inhaltsverzeichnis
Kurz-Beschreibung
Timebased Movement sorgt dafür, dass die Bewegungsgeschwindigkeiten nicht vom CPU-/Renderspeed abhängen.
Prinzip
Nehmen wir an wir möchten einen Ball darstellen der sich mit konstanter Geschwindigkeit vom linken Bildschirmrand zum rechten Bildschirmrand bewegt.
Das erste Bild wird den Ball ganz links zeigen. Auf dem nächsten Bild wird der Ball ein stück weiter sein, die Frage ist nur wie weit? Die Länge der Strecke die der Ball zurücklegen muss legen wir nun mal willkürlich auf 1 Längeneinheit (kurz: LE) fest. Die Strecke soll er in 5 Sekunden zurück legen.
Ein Rechner A braucht 1 Sekunde um 1 Bild zu Berechnen. Um das gewünschte Ergebnis zu erreichen müssten wir den Ball nach jedem Bild 0.2 Felder weiterbewegen.
In einer Sekunde hätten wir also folgende Bilder:
- Bild 0: Ball Position: 0.0
- Bild 1: Ball Position: 0.2 (weiterbewegt um 0.2 LE in 1.0 Sekunden)
- Bild 2: Ball Position: 0.4 (weiterbewegt um 0.2 LE in 1.0 Sekunden)
- Bild 3: Ball Position: 0.6 (weiterbewegt um 0.2 LE in 1.0 Sekunden)
- Bild 4: Ball Position: 0.8 (weiterbewegt um 0.2 LE in 1.0 Sekunden)
- Bild 5: Ball Position: 1.0 (weiterbewegt um 0.2 LE in 1.0 Sekunden)
Ein Rechner B braucht nur 0.5 Sekunden um ein Bild zu berechnen.
Ebenfalls in nur einer Sekunde hätten wir folgende Bilder:
- Bild 0: Ball Position: 0.0
- Bild 1: Ball Position: 0.1 (weiterbewegt um: 0.1 LE in 0.5 Sekunden)
- Bild 2: Ball Position: 0.2 (weiterbewegt um: 0.1 LE in 0.5 Sekunden)
- Bild 3: Ball Position: 0.3 (weiterbewegt um: 0.1 LE in 0.5 Sekunden)
- Bild 4: Ball Position: 0.4 (weiterbewegt um: 0.1 LE in 0.5 Sekunden)
- Bild 5: Ball Position: 0.5 (weiterbewegt um: 0.1 LE in 0.5 Sekunden)
- Bild 6: Ball Position: 0.6 (weiterbewegt um: 0.1 LE in 0.5 Sekunden)
- Bild 7: Ball Position: 0.7 (weiterbewegt um: 0.1 LE in 0.5 Sekunden)
- Bild 8: Ball Position: 0.8 (weiterbewegt um: 0.1 LE in 0.5 Sekunden)
- Bild 9: Ball Position: 0.9 (weiterbewegt um: 0.1 LE in 0.5 Sekunden)
- Bild 10: Ball Position: 1.0 (weiterbewegt um: 0.1 LE in 0.5 Sekunden)
Bei dem einen Rechner muss der Ball bei jedem Bild um 0.2 LE bewegt werden, beim andern Rechner nur 0.1 LE pro Bild. Tut man dies nicht, bewegt sich der Ball zu schnell oder zu langsam.
Doch woher weiß man nun wie weit man seinen Ball auf den jeweiligen Rechner pro Bild bewegen muss?
In unserem Beispiel bewegt sich der ball mit der konstanten Geschwindigkeit von 0.2 LE pro Sekunde. Mit folgender Formel können wir bei konstanter Geschwindigkeit die neue Position berechnen:
neue_Position = Geschwindigkeit*vergangene_Zeit + alte_Position
Wir brauchen also nur eine Geschwindigkeit festlegen und messen wieviel Zeit vergangen ist um die neue Position zu berechnen zu können.
Wohlgemerkt gilt diese Formel nur wenn sich das Objekt mit konstanter Geschwindigkeit fortbewegt.
Berechnung der vergangen Zeit
Allgemein:
VergangeneZeit:= (Zeit1-Zeit0)/Frequenz;
Millisekunden genau unter Windows
Die wohl einfachste aber auch ungenaueste Möglichkeit unter Windows so etwas zu realisieren besteht darin mit Hilfe von GetTickCount die Zeit (in Millisekunden) seit dem letzen Windows-Start zu ermitteln.
//Benötigte Variablen
var
BerechnungsZeit:LongWord;
Position:Double;
procedure BeimStart;//Was hier drinnen steht sollte zum Start ausgeführt werden
begin
BerechnungsZeit := GetTickCount();
end;
procedure BerechnungsCheck;//Alle nötigen Berechnungen durchführen
const
Frequenz=1000;//Durch Windows festgelegt
var
AktuelleZeit:LongWord;
begin
AktuelleZeit := GetTickCount();
Berechne((AktuelleZeit - BerechnungsZeit) /Frequenz);
BerechnungsZeit := AktuelleZeit;
end;
procedure Berechne(vergangene_Zeit:Double);
const
Geschwindigkeit = 0.5;
begin
{Alle Berechnungen stehen hier }
// z.B.
Position := Geschwindigkeit*vergangene_Zeit + Position;
end;
Absolute Genauigkeit per Hardware
Man kann auch die Hardware zur Zeitmessung nutzen um so noch genauere Ergebnisse zu erziehlen. Es kann jedoch theoretisch sein(auch jetzt noch?), dass diese nicht zur verfügung steht.
//Benötigte Variablen
var
BerechnungsZeit:Int64;
Frequenz:Int64;
Position:Double;
procedure BeimStart;//Was hier drinnen steht sollte zum Start ausgeführt werden
begin
if not QueryPerformanceFrequency(Frequenz) then//Frequenz ermitteln
raise Exception.create('Kein Hardware Timer vorhanden');
QueryPerformanceCounter(BerechnungsZeit);//Aktuelle Zeit ermitteln
end;
procedure BerechnungsCheck;//Alle nötigen Berechnungen durchführen
var
AktuelleZeit:Int64;
begin
QueryPerformanceCounter(AktuelleZeit);
Berechne((AktuelleZeit - BerechnungsZeit) /Frequenz);
BerechnungsZeit := AktuelleZeit;
end;
procedure Berechne(vergangene_Zeit:Double);
const
Geschwindigkeit = 0.5;
begin
{Alle Berechnungen stehen hier }
// z.B.
Position := Geschwindigkeit*vergangene_Zeit + Position;
end;
Konstant Beschleunigte Bewegung
Nehmen wir an wir möchten darstellen wie ein Ball zu Boden fällt. Der Ball sei 1 LE über dem Boden und wird dort zum Zeitpunkt 0s losgelassen. Die Kraft welche die Erdanziehung simuliert soll pro Sekunde die Geschwindigkeit des Ballesum 1 LE/s erhöhen.
Die neue Geschwindigkeit die sich durch die Beschleunigung ergeben hat, läßt sich noch sehr einfach Berechnen:
neue_Geschwindigkeit := Beschleunigung*vergangene_Zeit + alte_Geschwindigkeit;
Wie sieht es aber mit der Position aus?
falsch wäre diese Berechnung:
neue_Position := alte_Geschwindigkeit*vergangene_Zeit + alte_Position
Denn so würde sich der Ball in unserm Beispiel nach der ersten Sekunde noch gar nicht bewegt haben.
genauso falsch wäre diese Berechnung:
neue_Position := neue_Geschwindigkeit*vergangene_Zeit + alte_Position
Denn dann würde sich der ball sofort mit der vollen Geschwindigkeit bewegen und würde im Bild 1 unseres Beispieles schon am Boden sein.
Wer sich ein wenig mit Physik auskennt weiß das man bei konstant Beschleunigter Bewegung so die neue Position ausrechnet:
neue_Position := Beschleunigung*vergangene_Zeit*vergangene_Zeit + Geschwindigkeit*vergangene_Zeit + alte_Position
Beispielcode:
var Position: Double; Geschwindigkeit: Double; procedure Berechne(vergangene_Zeit:Double); const Beschleunigung = 0.5; begin Position := Beschleunigung*vergangene_Zeit*vergangene_Zeit + Geschwindigkeit*vergangene_Zeit + Position // wichtig: alte geschwindigkeit erst ändern wenn sie nicht mehr gebraucht wird. Geschwindigkeit := Beschleunigung*vergangene_Zeit + Geschwindigkeit end;
