C++ Windows上带OpenGL的可靠窗口vsync？

总结

在窗口模式下，带OpenGL的vsync似乎在Windows上被破坏了。我尝试过不同的API（SDL、glfw、SFML），所有这些都有相同的结果：虽然帧速率是有限的（根据我尝试过的多个60 Hz设置上的CPU测量，始终在16-17毫秒左右），而且CPU实际上大部分时间都在睡眠，但帧经常被跳过。根据机器和CPU在渲染以外的其他方面的使用情况，这可能与有效地将帧速率减半一样糟糕。此问题似乎与驱动程序无关

如何使用OpenGL在窗口模式下在Windows上运行vsync，或使用这些属性获得类似效果（如果我忘记了一些值得注意的内容，或者某些内容不合理，请发表评论）：

• CPU可以在大部分时间睡眠
• 不撕裂
• 没有跳过的帧（假设系统没有过载）
• CPU可以知道实际显示帧的时间

---

细节/一些研究

当我在谷歌上搜索

opengl-vsync-stutter

或

opengl-vsync-frame-drop

或类似查询时，我发现很多人都有这个问题（或非常类似的问题），但实际问题似乎没有一致的解决方案（在gamedev stackexchange上也有许多回答不充分的问题；还有许多低投入论坛的帖子）

总结一下我的研究：新版本的Windows中使用的合成窗口管理器（DWM）似乎强制使用三重缓冲，这会干扰vsync。人们建议禁用DWM、不使用vsync或全屏显示，所有这些都不是解决原始问题的方法（脚注1）。我也没有找到详细的解释，说明为什么三重缓冲会导致vsync出现此问题，或者为什么在技术上无法解决此问题

但是：我还测试了Linux上不会出现这种情况，即使在非常脆弱的PC上也是如此。因此，基于OpenGL的硬件加速必须在技术上（至少在一般情况下）能够在不跳过帧的情况下启用功能性vsync

此外，在Windows上使用D3D而不是OpenGL（启用了vsync）时，这也不是问题。因此，在Windows上运行vsync在技术上必须是可行的（我尝试过新的、旧的和非常旧的驱动程序以及不同的（旧的和新的）硬件，虽然我所有可用的硬件设置都是Intel+NVidia，所以我不知道AMD/ATI会发生什么）

最后，一定要有适用于Windows的软件，无论是游戏、多媒体应用程序、创意制作、3D建模/渲染程序还是其他任何软件，它们使用OpenGL并在窗口模式下正常工作，同时仍能准确地渲染，无需等待CPU，也无需掉帧

---

我注意到，当使用传统的渲染循环时

while (true)
{
    poll_all_events_in_event_queue();
    process_things();
    render();
}

CPU在该循环中所做的工作量会影响口吃的行为。然而，这绝不是CPU过载的问题，因为这个问题也发生在一个可以编写的最简单的程序之一（见下文）和一个功能非常强大的系统上，而该系统不做任何其他事情（程序只是在每一帧上用不同的颜色清除窗口，然后显示它）

我还注意到，它似乎从来没有比每隔一帧跳过一次更糟糕（即，在我的测试中，在60赫兹的系统中，可见帧率总是在30到60之间）。当运行程序在奇数帧和偶数帧上更改2种颜色之间的背景颜色时，您可能会发现Nyquist采样定理有点违规，这使我相信某些东西没有正确同步（即Windows或其OpenGL实现中的软件错误）。同样，就CPU而言，帧速率是坚如磐石。而且，

timeBeginPeriod

在我的测试中没有明显的效果

---

（脚注1）但应注意，由于DWM，窗口模式下不会发生撕裂（这是使用vsync的两个主要原因之一，另一个原因是使CPU在不丢失帧的情况下尽可能长时间睡眠）。因此，我可以接受在应用程序层实现vsync的解决方案

但是，我认为唯一可行的方法是，有一种方法可以显式（准确地）等待页面翻转发生（有可能超时或取消），或者查询页面翻转时设置的非粘性标志（以一种不会强制刷新整个异步渲染管道的方式，例如，

glGetError

does），而我也没有找到一种方法

---

下面是一些代码，可以运行一个演示此问题的快速示例（使用SFML，我发现这是最不费力的）

你应该看到同质闪烁。如果你在多个画面上看到相同的颜色（黑色或紫色），那就糟糕了

（屏幕上会闪烁显示屏的刷新率，因此可能会出现癫痫警告）：

//g++TEST\u TEST\u TEST.cpp-lsfml系统-lsfml窗口-lsfml图形-lGL
#包括
#包括
#包括
#包括
#包括
int main（）
{
//创建窗口
渲染窗口（sf:：视频模式（800600），“OpenGL”）；
window.setVerticalSyncEnabled（真）；
//激活窗口
window.setActive（true）；
int frame_计数器=0；
sf：：矩形形状矩形；
rect.setSize（sf:：Vector2f（10,10））；
sf：时钟；
while（true）
{
//处理事件
sf：：事件；
while（window.pollEvent（事件））
{
如果（event.type==sf:：event:：Closed）
{
返回0；
}
}
++帧计数器；
if（帧计数器和1）
{
glClearColor（0,0,0,1）；
}
其他的
{
glClearColor（6
// g++ TEST_TEST_TEST.cpp -lsfml-system -lsfml-window -lsfml-graphics -lGL

#include <SFML/System.hpp>
#include <SFML/Window.hpp>
#include <SFML/Graphics.hpp>
#include <SFML/OpenGL.hpp>
#include <iostream>

int main()
{
    // create the window
    sf::RenderWindow window(sf::VideoMode(800, 600), "OpenGL");
    window.setVerticalSyncEnabled(true);

    // activate the window
    window.setActive(true);

    int frame_counter = 0;

    sf::RectangleShape rect;
    rect.setSize(sf::Vector2f(10, 10));

    sf::Clock clock;

    while (true)
    {
        // handle events
        sf::Event event;
        while (window.pollEvent(event))
        {
            if (event.type == sf::Event::Closed)
            {
                return 0;
            }
        }

        ++frame_counter;

        if (frame_counter & 1)
        {
            glClearColor(0, 0, 0, 1);
        }
        else
        {
            glClearColor(60.0/255.0, 50.0/255.0, 75.0/255.0, 1);
        }

        // clear the buffers
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

        // Enable this to display a column of rectangles on each frame
        // All colors (and positions) should pop up the same amount
        // This shows that apparently, 1 frame is skipped at most
#if 0
        int fc_mod = frame_counter % 8;
        int color_mod = fc_mod % 4;

        for (int i = 0; i < 30; ++i)
        {
            rect.setPosition(fc_mod * 20 + 10, i * 20 + 10);
            rect.setFillColor(
                sf::Color(
                (color_mod == 0 || color_mod == 3) ? 255 : 0,
                    (color_mod == 0 || color_mod == 2) ? 255 : 0,
                    (color_mod == 1) ? 155 : 0,
                    255
                )
            );
            window.draw(rect);
        }
#endif

        int elapsed_ms = clock.restart().asMilliseconds();
        // NOTE: These numbers are only valid for 60 Hz displays
        if (elapsed_ms > 17 || elapsed_ms < 15)
        {
            // Ideally you should NEVER see this message, but it does tend to stutter a bit for a second or so upon program startup - doesn't matter as long as it stops eventually
            std::cout << elapsed_ms << std::endl;
        }

        // end the current frame (internally swaps the front and back buffers)
        window.display();
    }

    return 0;
}