Интерполяция и фиксированный шаг обновления

Интерполяция позволяет создавать плавное движение объектов между дискретными состояниями. В контексте PixiJS это особенно важно при обновлении сцены с фиксированным шагом, когда частота рендеринга и логика игры могут работать с разной скоростью.

Линейная интерполяция (LERP)

Наиболее часто используемый метод — линейная интерполяция. Она вычисляется по формуле:

[ (a, b, t) = a + (b - a) t]

Где:

  • a — начальное значение,
  • b — конечное значение,
  • t — коэффициент интерполяции (от 0 до 1).

Пример применения для позиции спрайта в PixiJS:

const sprite = new PIXI.Sprite(texture);
sprite.x = 100;
sprite.y = 100;

let targetX = 400;
let targetY = 300;
let t = 0;

function update(delta) {
    t += 0.01 * delta;
    sprite.x = lerp(sprite.x, targetX, t);
    sprite.y = lerp(sprite.y, targetY, t);
}

function lerp(a, b, t) {
    return a + (b - a) * t;
}

Такой подход обеспечивает плавное приближение к конечной точке без резких скачков, даже если частота кадров колеблется.

Интерполяция между кадрами

При фиксированном шаге обновления (fixed timestep) игровой логике необходимо обновляться с постоянной скоростью, например 60 раз в секунду, независимо от реальной частоты рендеринга. Интерполяция между кадрами позволяет отрисовывать объекты между этими фиксированными состояниями, сглаживая движение.

Классический пример реализации:

const timestep = 1 / 60;
let accumulator = 0;
let previousState = { x: 0 };
let currentState = { x: 0 };
let velocity = 100; // пикселей в секунду

function gameLoop(deltaTime) {
    accumulator += deltaTime;

    while (accumulator >= timestep) {
        previousState.x = currentState.x;
        currentState.x += velocity * timestep;
        accumulator -= timestep;
    }

    const alpha = accumulator / timestep;
    sprite.x = lerp(previousState.x, currentState.x, alpha);
}

Здесь:

  • accumulator аккумулирует реальное прошедшее время,
  • alpha — коэффициент интерполяции между предыдущим и текущим состоянием,
  • lerp сглаживает переход между фиксированными шагами.

Применение для анимации и физических движков

Интерполяция особенно эффективна для синхронизации:

  • Физических объектов с разной частотой обновления.
  • Анимаций спрайтов, где каждая логическая итерация фиксированного шага обеспечивает точные состояния, а визуальная отрисовка между кадрами делает движение плавным.
  • Сетевых игр, где данные приходят с дискретными шагами, а клиент должен отобразить плавное движение.

Векторная интерполяция

Для спрайтов и контейнеров, имеющих координаты в виде векторов (PIXI.Point или PIXI.ObservablePoint), линейная интерполяция применяется по компонентам:

function lerpPoint(p1, p2, t) {
    return new PIXI.Point(
        lerp(p1.x, p2.x, t),
        lerp(p1.y, p2.y, t)
    );
}

sprite.position = lerpPoint(previousState.position, currentState.position, alpha);

Такой метод позволяет одновременно интерполировать позицию по x и y без разрыва движения.

Интерполяция вращения и масштаба

Для вращения (rotation) и масштаба (scale) необходимо учитывать цикличность углов и неоднородность интервала. Например, при вращении через π и -π нужно корректировать направление интерполяции:

function lerpAngle(a, b, t) {
    let diff = b - a;
    while (diff > Math.PI) diff -= 2 * Math.PI;
    while (diff < -Math.PI) diff += 2 * Math.PI;
    return a + diff * t;
}

sprite.rotation = lerpAngle(previousState.rotation, currentState.rotation, alpha);

Для масштаба линейная интерполяция подходит напрямую:

sprite.scale.x = lerp(previousState.scale.x, currentState.scale.x, alpha);
sprite.scale.y = lerp(previousState.scale.y, currentState.scale.y, alpha);

Оптимизация и производительность

  • Вычисление lerp должно быть минимальным по количеству операций на кадр, особенно для большого количества спрайтов.
  • Аккумулятор времени обеспечивает стабильное обновление, предотвращая “скачки” при падении FPS.
  • Для сложных объектов рекомендуется хранить предыдущие состояния как отдельные структуры, чтобы избежать мутаций текущего состояния.

Смешанные стратегии

В сложных проектах используют комбинацию:

  1. Фиксированный шаг логики для физики и столкновений.
  2. Интерполяцию визуальных свойств для плавности.
  3. Декорации и эффекты обновляются напрямую по времени для эффекта непрерывности.

Такой подход позволяет поддерживать точность игровой логики и одновременно создавать визуально приятное движение объектов в PixiJS.

Оглавление