FrameTime、FPS、流畅度、Jank

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本次主要是讲解卡顿Jank定义、原理及影响。内容将分为五部分：FrameTime、FPS、流畅度、Jank、影响。

FrameTime

FrameTime 的定义：两帧画面间隔耗时(也可简单认为单帧渲染耗时)。

对于FrameTime和卡顿是否有关联？请看下图的案例图示：

从图中可看出画面中B帧在GPU渲染耗时(帧生成时间)大于显示器刷新间隔,占用两次显示器刷新耗时。也就是说有一次画面没刷新。当出现多次没有画面刷新(也就是说画面没变化)，则可能是一次卡顿。

从这里就得出结论：玩家用户真正看到的是屏幕新画面刷新间隔时间，而不是eglSwapbuffers-GPU渲染完成(并未有提交屏幕显示)间隔时间。所以后面所提到Frametime统统指的是屏幕Display-Frametime。

FPS

FPS的定义：帧率（1秒内平均画面刷新次数）。

平均帧率:传统常说的FPS，1秒内平均画面刷新次数。

瞬时帧率:单帧耗时FrameTime算出来实时FPS，每一帧画面刷新耗时换算出的实时帧率。

画面渲染流程图如下，每一帧FrameTime。

FPS帧率与卡顿是否有关系？我们分为Andriod和ios两个场景去进一步了解：

iOS端

苹果WDDC18年开发者大会

① FramePacing

比如下面两个游戏画面,左边的试图以60帧运行,但实际只能达到40帧;右边的则持续稳定在30帧运行:

此处为语雀视频卡片，点击链接查看：199401ce-23a9-11eb-a8e0-0257ce2c6f9c.mp4

上图左边帧率高,反而看起来有一卡一顿的现象,这就是Micro Stuttering(微型口吃)导致的,左边FrameTime如下图：

通过FrameTime可以看出，左边高帧率FPS=40帧率中出现一次FrameTim>=180ms，理论平均FrameTime=25ms。所以非均匀渲染，虽然帧率高达40，但依然觉得非常卡。

右边低帧率30帧运行FrameTime如下图：

从上面FrameTime可以看出，帧率FPS=30，FrameTime均匀为33ms，画面会非常平滑。

总结：帧率高，未必流畅。

Android端

测试系统版本：Android4.4

① 流畅度机制-黄油计划(Jank)

Google Jank 计算思路：考虑视觉惯性，以硬件vsync时间间隔，连续1次vsync没有新画面刷新，则认为是一次卡顿，也就是说下一次vsync时间点没有新画面刷新，则认为是一次Jank。

流畅度

流畅度与卡顿的关联可以用以下的流程图来大致展示：

流畅度影响卡顿。这个可以简单的理解为视觉惯性和电影帧这两个方面：

1、视觉惯性

视觉预期帧率，用户潜意识里认为下帧也应该是当前帧率刷新比如一直60帧，用户潜意识里认为下帧也应该是60帧率。刷新一直是25帧，用户潜意识里认为下帧也应该是25帧率。但是刷新如果是60帧一下跳变为25帧，扰乱用户视觉惯性。这个时候就会出现用户体验的卡顿感。

2、电影帧

电影帧率(18-24)，一般是24帧。电影帧单帧耗时：1000ms/24=40ms。电影帧率是一个临界点。低于这个帧率，人眼基本能感觉画面不连续性，也就是感觉到了卡顿。

Jank

PerfDog Jank 计算思路：考虑视觉惯性，假设以前三帧的平均帧耗时为参考，作为vsync时间间隔，连续两次vsync没有新渲染画面刷新，则认为是一次潜在卡顿，也就是说下一帧耗时大于前三帧平均帧耗时2倍，则认为一次潜在卡顿。同时单帧耗时满足大于两倍电影帧耗时1000ms/24*2 (由于人眼低于24帧才能辨别画面不连续性)，则认为是一次真正卡顿。同时若单帧耗时大于3倍电影帧耗时，则认为是一次严重卡顿。

注解：为什么是两次vsync？GPU一般是3重缓冲buffer，当前帧已占用一个buffer，即剩余2缓冲buffer，人眼一般可容忍2帧延迟。

为什么是两帧电影帧耗时？低于24帧画面，人眼就能感知到画面不连续性，电影一般都是24帧。即电影帧耗时1000ms/24=41.67ms，两帧电影帧耗时也就是41.67ms*2，三帧电影帧耗时是41.67ms*3。

PerfDog Jank计算方法：

同时满足两条件，则认为是一次卡顿Jank.

①Display FrameTime>前三帧平均耗时2倍。

②Display FrameTime>两帧电影帧耗时 (1000ms/24*2=84ms)。

同时满足两条件，则认为是一次严重卡顿BigJank.

①Display FrameTime >前三帧平均耗时2倍。

②Display FrameTime >三帧电影帧耗时(1000ms/24*3=125ms)。

Google-Jank如图：