Unity垂直同步：帧率和刷新率

         帧率（英语：frame rate）是用于测量显示帧数的度量。测量单位为“每秒显示帧数”（frame per second，FPS）或“赫兹”，一般来说FPS用于描述视频、电子绘图或游戏每秒播放多少帧。

        显示器的刷新率是指显示器每秒绘制新图像的次数。其单位为赫兹 (Hz)。例如，如果您的显示器刷新率为 144 Hz，这是指它每秒钟会刷新图像 144 次。

        帧率直接依赖于显卡的输出速度，跟渲染速度有关，取决于CPU和GPU侧的性能，GPU瓶颈和GPU瓶颈都会导致帧率下降。

        本质上说，帧率和刷新率类似于生产者消费者这种同步关系，理想情况下两者保持同步，但实际大多数时候都没法做到。刷新率由硬件决定，当帧率相比刷新率过大或者过小都会产生问题。

同步问题

        在FPS小于刷新率的情况下，显卡无法在下一次刷新之前输出一帧，那么它将重复上一帧并等待下一次刷新。但是显卡的输出频率是不均衡的，会在一个比较大的范围波动，这会导致帧在某些时候重复，但在其他时候不重复。这会导致输出结果不均匀，产生奇怪的卡顿。

        在FPS大于刷新率的情况下，此时又会产生屏幕撕裂的问题：由于显卡输出的频率大于显示器刷新频率，此时有多个帧同时占据屏幕的各个部分，会造成屏幕撕裂。

垂直同步V-Sync

        在FPS小于刷新率的情况下，此时因为开启了垂直同步，显卡会让帧率稳定频率输出。为了保持显示器显示均匀，通常输出频率会是刷新率的1/N，也就是说显示器每隔N帧获取一次显卡输出，其他N-1帧重复上一帧，这样输出结果是均匀的观感上好一些。

        举个例子，屏幕刷新率是144Hz，N=2~10时屏幕FPS依次为：72，48，36，28.8，24，20.6，18，16，14.4。在开启垂直同步时，FPS只会取这些离散值，但实际会发现FPS会介于这些离散值之间，这是因为FPS是一秒内的宏观统计值，假设半秒是36，半秒是24，那么FPS就是平均值30。

        在FPS大于刷新率的情况下，开启垂直同步意味着FPS于屏幕刷新率同步，此时FPS被强制设定为屏幕刷新率，这样解决了画面撕裂的问题。但此时也引入了另一个问题——输入延迟。其实就是由于限制了显卡输出速度导致的延迟， 在高精度和快速移动的部分很明显。

自适应同步

        自适应同步（adaptive-sync）是指让显示器按照帧率显示的技术，比如NVIDIA的G-Sync和AMD的FreeSync。需要显示器硬件支持，并且条件是显示器最低刷新率<FPS<显示器最高刷新率。这也很好理解，实现的效果就是显示器不再丢弃任何一帧。

Unity垂直同步

        在Play Mode时，可以点击Free Aspect下拉选择VSync打开垂直同步，可以看到会限制此时FPS会到刷新率144Hz：

        关闭垂直同步时，帧率到了400FPS。这只代表GPU端的输出频率，输出到屏幕上仍然是144Hz。 

        当渲染压力增大时帧率降低，如果开启了垂直同步，那么此时会在离散值附近小范围波动，如下是N=10的情况，这时FPS=14.4。

        但是如果没有开启垂直同步，FPS变化范围很大而且值是随机变化的： 

        值得一提的是，Unity提供的FPS值并不一定准确，它的计算方式上只考虑了CPU侧的性能（包括使用Time.unscaledDeltaTime接口计算的FPS），而并非显示器的展示帧率。微观角度上会有误差，但是在宏观角度上比较接近。