文章摘要
高帧率和低延迟是FPS游戏体验的核心，高帧率可提升画面流畅度，而低延迟能确保操作快速响应。技术挑战包括渲染管线优化和全链路延迟控制，需通过多线程并行、GPU优化、高频输入采样等手段解决。竞技FPS游戏如CS:GO等采用NVIDIA Reflex等技术降低延迟。总体而言，极致优化渲染和输入处理才能实现最佳游戏体验。
1. 为什么高帧率和低延迟如此重要？
高帧率（High FPS）：画面每秒刷新次数。帧率越高，画面越流畅，运动模糊和拖影越少，玩家能更快、更准确地捕捉到游戏内的变化。低输入延迟（Low Input Latency）：玩家操作（如鼠标移动、开火）到画面响应的总时间。延迟越低，玩家的操作越“跟手”，射击、瞄准、反应更精准。
FPS游戏对这两点极为敏感，因为：
任何延迟都会影响瞄准、射击、闪避等核心体验。高帧率能让玩家更快发现敌人、做出反应，甚至影响竞技公平性。
2. 技术挑战
2.1 渲染管线的极致优化
传统渲染管线（CPU准备数据 → GPU渲染 → 显示输出）存在多级缓冲和排队，容易产生延迟。高帧率下，每一帧的渲染预算极低（如144FPS时每帧仅6.9ms），对CPU、GPU、内存带宽、驱动、API等各环节都是巨大挑战。
2.2 输入到显示的全链路延迟
输入采集（鼠标/键盘/手柄采样频率）操作系统调度（消息队列、线程切换）游戏逻辑处理（输入解析、物理、AI、判定）渲染提交（CPU→GPU指令、驱动优化）GPU渲染（着色、光照、后处理）显示输出（垂直同步、刷新率、显示器响应）
每一环节都可能引入延迟，累积起来就会影响体验。
3. 主要优化手段
3.1 渲染管线优化
减少Draw Call和状态切换：合批、实例化、合理拆分渲染队列。异步多线程：渲染、物理、AI、网络等多线程并行，充分利用多核CPU。GPU管线优化：合理利用GPU缓存、减少带宽瓶颈、优化着色器。延迟渲染/前向渲染选择：根据场景复杂度和硬件特性选择最优渲染架构。剔除与LOD：只渲染玩家可见的物体，远处物体用低模/低分辨率贴图。
3.2 输入延迟优化
高频输入采样：支持1000Hz鼠标、低延迟手柄，减少输入采样间隔。输入直通（Raw Input）：绕过操作系统消息队列，直接读取硬件输入。逻辑与渲染解耦：输入处理尽量靠近渲染帧，减少输入到显示的帧数延迟。减少缓冲帧数：如NVIDIA的“低延迟模式”、AMD的“Anti-Lag”，减少渲染队列长度。VSync与G-Sync/FreeSync：传统VSync会增加输入延迟，G-Sync/FreeSync可动态刷新，减少撕裂同时降低延迟。
3.3 其他优化
帧同步与帧预测：合理安排逻辑帧与渲染帧的同步，避免“卡帧”。渲染分辨率自适应：动态调整分辨率，保证帧率稳定。剔除不必要的后处理：如动态模糊、体积光等特效可选关闭，优先保证帧率。
4. 典型技术案例
CS:GO、Valorant、Apex Legends等竞技FPS，都极度重视高帧率和低延迟，甚至提供“低延迟模式”、“高刷新率支持”、“输入直通”等选项。NVIDIA Reflex、AMD Anti-Lag：专为降低输入到显示的延迟而设计的技术，已被许多FPS游戏集成。
5. 总结
高帧率和低延迟是FPS游戏体验的生命线，直接影响玩家的操作感和竞技公平。这要求开发团队在渲染管线、输入处理、系统调度、硬件适配等各方面都做到极致优化。只有全链路的优化，才能让FPS游戏在高刷新率显示器上发挥最大潜力，给玩家带来“所见即所得”的极致体验。
下面我先分别简要介绍一下这三项的核心原理和实现思路，你可以根据兴趣再指定要详细展开哪一项。
1. 输入直通（Raw Input）实现原理
背景
Windows等操作系统通常会对输入设备（鼠标、键盘、手柄）做一层消息封装（如WM_MOUSEMOVE、WM_KEYDOWN），但这样会引入消息队列延迟和系统加速、修正等副作用。FPS游戏追求极致响应，常常绕过系统消息，直接读取原始输入数据。
实现方式
Windows平台：使用 Raw Input API。
注册设备（RegisterRawInputDevices），指定要接收原始输入。在消息循环中处理 WM_INPUT 消息，调用 GetRawInputData 获取原始数据。这样可以获得未加速、未修正的鼠标/键盘输入，且延迟更低。 DirectInput 也能实现类似功能，但Raw Input更直接、现代。手柄：可用 XInput、DirectInput 或 HID 直接读取。
代码片段（C++/Windows）：
RAWINPUTDEVICE rid;
rid.usUsagePage = 0x01; // Generic desktop controls
rid.usUsage = 0x02; // Mouse
rid.dwFlags = 0;
rid.hwndTarget = hWnd;
RegisterRawInputDevices(&rid, 1, sizeof(rid));
// 在消息循环中
case WM_INPUT:
UINT dwSize;
GetRawInputData((HRAWINPUT)lParam, RID_INPUT, NULL, &dwSize, sizeof(RAWINPUTHEADER));
BYTE* lpb = new BYTE[dwSize];
if (GetRawInputData((HRAWINPUT)lParam, RID_INPUT, lpb, &dwSize, sizeof(RAWINPUTHEADER)) == dwSize) {
RAWINPUT* raw = (RAWINPUT*)lpb;
// 处理 raw->data.mouse
}
delete[] lpb;
break;
优点
极低延迟，输入数据“直达”游戏逻辑。不受系统加速、修正影响，手感一致。支持高采样率鼠标（如1000Hz）。
2. 渲染管线细节（以现代FPS为例）
典型流程
输入采集（如上所述）游戏逻辑更新（物理、AI、动画、判定等）场景剔除与可见性判断（Frustum Culling、Occlusion Culling）渲染命令生成（Draw Call、Instance、Batching）渲染排序（透明/不透明、前后顺序）提交到GPU（通过API如DirectX/Vulkan/OpenGL）GPU渲染（顶点着色、光栅化、像素着色、后处理）帧缓冲输出（Swap Chain Present）
优化点
多线程渲染：逻辑、渲染、资源加载分线程。延迟渲染/前向渲染：根据场景和硬件选择。资源流式加载：大地图分块加载，减少卡顿。动态分辨率：帧率不稳时自动降低分辨率。剔除与LOD：只渲染可见物体，远处用低模。
低延迟相关
减少渲染队列长度：如NVIDIA Reflex，减少CPU→GPU的帧缓冲数量。VSync优化：G-Sync/FreeSync可减少撕裂同时降低延迟。帧同步：逻辑帧和渲染帧解耦，减少“卡帧”现象。
3. 低延迟技术原理（全链路）
输入到显示的延迟路径
输入设备采样延迟（如鼠标1000Hz为1ms）操作系统调度延迟（消息队列、线程切换）游戏逻辑处理延迟（输入解析、物理、AI）渲染管线延迟（CPU准备、GPU渲染、后处理）显示输出延迟（VSync、刷新率、显示器响应）
典型优化技术
输入直通：减少输入采样和消息队列延迟。低延迟渲染队列：减少CPU提前提交帧数（如DX12/Vulkan的Present模式优化）。帧同步/帧预测：逻辑帧和渲染帧解耦，输入尽量靠近渲染帧。G-Sync/FreeSync：动态刷新率，减少VSync带来的延迟。NVIDIA Reflex/AMD Anti-Lag：驱动层面减少渲染队列长度，输入更快反映到画面。
例子
NVIDIA Reflex：游戏引擎和驱动协作，动态调整渲染队列长度，保证输入数据能在最短时间内被渲染出来。帧同步策略：如“只渲染最新一帧输入”，丢弃过时输入，保证操作“跟手”。