Что такое масштаб в играх
Как работает масштабирование разрешения в играх?
В последние годы распространённым явлением стало масштабирование разрешения в играх, позволяющее существенно улучшить качество моделей, текстур и элементов окружения. Естественно, в этом случае геймеру необходима достаточно мощная система с топовой видеокартой и приличным объёмом ОЗУ. С выходом девятого поколения консолей это явление становится повсеместным.
Разработчикам необходимо оптимизировать своё произведение под многочисленные конфигурации «железа». Поскольку 4K-мониторы и ТВ есть не у всех, альтернативой становится смена масштаба с 4K до 1080P. Важно отметить, что резкий подъём планки системных требований для видеоигр на ПК – не новость. Так происходит с запуском каждого нового поколения.
Достаточно вспомнить, как сильно нагружались системы, например, в эпоху Xbox 360. Вспомнили, насколько великолепной была оптимизация GTA IV о приключениях представителей русской мафии на приставке? А затем сопоставьте с персональным компьютером и теми тормозами, что возникали у большинства геймеров.
Как масштабирование разрешения в играх повлияет на производительность?
Самым непосредственным образом, поскольку картинка сужается или растягивается выше базового размера доступных текстур.
В качестве примера приведу Star Wars Battlefront, где установка ползунка resolution scale на 90 % приведёт к получению дополнительных FPS. Напротив, смещение в противоположную сторону увеличит нагрузку на систему, но и качество картинки заметно возрастёт.
Схоже срабатывает технология NVIDIA DLSS, базирующаяся на использовании временного TAA-сглаживания. Добавляются туда и алгоритмы машинного обучения, что слегка снижает нагрузку на PC. Терминология элементарная.
Что по итогу? В перспективах, когда широкое распространение получат флагманские акселераторы и выйдут их обновлённые модели, геймеры смогут произвольным образом улучшать визуал. В результате планка High End не будет иметь ограничений, а выпуск ремейков на олдскул существенно упростится. Нейросети уже сейчас отлично прокачивают текстуры, однако пока этот процесс занимает уйму времени и ресурсов.
Масштабирование разрешения: секреты игры в 4K
Хорошо это или плохо, появление нового поколения игровых консолей несёт с собой одновременно проблемы и возможности для любителей видеоигр. Новые консоли обладают компонентами от среднего уровня до уровня High End, и теперь разработчики игр могут сделать ещё лучше графику, чтобы задействовать все имеющиеся ресурсы. Но также это отразится на системных требованиях новых игр на PC.
Теперь игры AAA перестают стабильно идти на 60 FPS на распространённых видеокартах. Среднестатистическая игра становится более требовательной, но при этом можно сделать скорость выше или ниже, в зависимости от ваших ожиданий и разрешения монитора.
Чтобы найти другие кастомные разрешения, умножайте родное разрешение монитора на коэффициент масштабирования по обоим осям.
Так происходило на протяжении нескольких последних поколений игровых консолей. В 2005 году игры для Xbox 360 вроде F.E.A.R. и The Elder Scrolls IV: Oblivion напрягали даже самые мощные компьютеры. В 2014 году Assassin’s Creed: Unity выпустили как первую настоящую игру следующего поколения. Она выдавала всего 24 FPS на разрешении 1440p на флагманской карте GeForce GTX 980.
Хотя Unity нельзя было назвать типичным представителем игр нового поколения, персональные компьютеры испытывали проблемы с играми, появившимися после выхода PlayStation 4 и Xbox One.
Наступил 2021 год и продолжают распространяться PlayStation 5 и Xbox Series X. Они снова подняли планку требований к ресурсам. Игры вроде Assassin’s Creed: Valhalla и Cyberpunk 2077 испытывают затруднения с запуском на разрешении 4K даже на самых мощных игровых компьютерах. Изменение настроек графики может помочь, но это лишь промежуточное решение, особенно на старых компьютерах. Много скорости таким способом не отвоюешь.
Есть другой метод получения значительного прироста производительности — масштабирование разрешения.
Это отличный вариант, если вы хотите повысить производительность игры на 10-15% за счёт настроек. Если вы играете на высоком разрешении вроде 4K, объединяя масштабирование разрешения с увеличением чёткости, результат зачастую получается близким к первоначальному.
Какие нестандартные разрешения следует принимать во внимание? В первую очередь это зависит от родного разрешения вашего монитора. Масштабирование разрешения до 83% обычно обеспечивает хороший баланс качества изображения и скорости.
Для разрешения 4К это означает разрешение 3200 х 1800. Для 1440p это значит 2133 х 1200. На разрешении 1080p плотность пикселей на большинстве мониторов уже довольно низкая, поэтому в данном случае масштабирование лучше не применять.
Если вам не хватает скорости в играх, масштабирование до 83% на разрешении 1080p даёт 1600 х 900. Нужно иметь в виду, что данное число не является неизменным.
Во многих играх в настройках есть функция масштабирования, но для обеспечения полной совместимости нужно задать разрешение в системе Windows. Мы покажем, как это делается, и посмотрим результаты тестов на разрешении 4K, которые помогут оценить влияние на производительность.
Тестовая система состоит из видеокарты GeForce RTX 3080 и процессора Ryzen 9 3900X. Несмотря на эти внушительные компоненты, в зависимости от игры видеокарта для разрешения 4K может стать узким местом. В таком случае масштабирование разрешения может обеспечить значительный прирост производительности.
Следует также заметить, что технология Nvidia DLSS напоминает масштабирование разрешения. Она тоже обрабатывает игру на более низком внутреннем разрешении, но затем повышает масштабирование картинки и улучшает её качество за счёт использования временного сглаживания (TAA) и механизмов глубокого обучения. Правильная реализация DLSS 2.0 помогает больше, чем простое масштабирование разрешения, но данная версия поддерживается для каждой игры отдельно. Некоторые тесты DLSS в этой статье также были проведены.
Nvidia и AMD обеспечивают кастомные настройки разрешения в своих панелях управления. В данной статье мы будем рассматривать кроссплатформенную утилиту CRU (Custom Resolution Utility). Кастомное разрешение в CRU испытывают меньше проблем с совместимостью и стабильно показывается во всех играх, чего нельзя сказать о пользовательских настройках разрешения в панелях управления Windows.
Скачайте и запустите CRU
Создатель CRU под ником ToastyX опубликовал пост на форумах Monitor Tests, где появляются новые версии CRU. Программу не нужно устанавливать, достаточно разархивировать её и запустить.
Запустите CRU от имени администратора
В разделе «Detailed resolution» нажмите кнопку «Добавить» («Add…»).
Откроется новое окно с возможностью установки разрешения. Введите ваше кастомное разрешение в два выделенных ниже поля.
Укажите количество пикселей в ширину и высоту. Другие настройки трогать не нужно.
При желании вы можете создать собственную частоту обновления. Это ещё один потенциальный способ увеличения производительности, о котором мы расскажем ниже. Нажмите OK и выйдите из приложения.
Перезагрузите графический драйвер
В папке CRU есть файл под названием restart64.exe. Запустите его от имени администратора. Это приведёт к перезагрузке графического драйвера.
Экран начнёт мигать, могут временно возникнуть неполадки в его работе. В первую очередь это относится к приложениям с аппаратным ускорением, играм, магазинам вроде Steam. Их можно просто перезапустить.
Новое кастомное разрешение будет отображаться в глобальных настройках Windows и во всех приложениях и играх, где можно менять разрешение.
Тестирование
На какое повышение производительности можно рассчитывать за счёт масштабирования разрешения?
При масштабировании в 83% частота кадров должна вырасти примерно на 15%, особенно если масштабирование происходит с очень высокого разрешения.
В данном случае выполнялась проверка масштабирования разрешения в таких играх, как Assassin’s Creed: Valhalla, Red Dead Redemption 2, Borderlands 3.
Новый шутер Gearbox оказывает значительную нагрузку на видеокарты на максимальных настройках. На этот раз игру запустили с уменьшенным объёмным туманом. Даже тогда средняя скорость составила 66 кадров/с на разрешении 4K, иногда было ниже 60 кадров/с.
На разрешении 3200 х 1800 в среднем удалось получить 84 FPS, что означает прирост на 27%.
Очередная игра серии Assassin’s Creed создавалась с прицелом на новые консоли PlayStation 5 и Xbox Series X. Это игра для устройств разных поколений, которую можно масштабировать вплоть до первой версии Xbox One. При максимальных настройках она очень требовательная.
В таком случае видеокарта GeForce RTX 3080 выдаёт около 50 FPS. Даже с кастомными настройками игра на естественном разрешении показывает лишь 57 FPS. На 1080p скорость повышается до 68 FPS, то есть на 19%. Это позволяет добиться стабильных 60 FPS.
Red Dead Redemption 2 от Rockstar обладает насыщенным открытым миром. Игра хорошо идёт при максимальных настройках, но их изменение может ещё улучшить ситуацию. С кастомными настройками на разрешении 4K скорость была 79 FPS. Масштабирование разрешения на 1080p позволило достичь 96 FPS. Это позволяет устанавливать очень требовательные настройки вроде тесселяции деревьев, пользоваться которыми в противном случае нет возможности.
Horizon Zero Dawn является эксклюзивной игрой для PlayStation 4. На компьютерах качество персонажа и окружения находятся на уровне лучших игр AAA 2020 года. Внешний вид и производительность даже лучше по сравнению с Assassin’s Creed: Valhalla. При этом потребуется видеокарта RTX 3080 или выше, чтобы играть на разрешении 4К. При наличии других карт масштабирование разрешения является лучшим способом увеличить скорость игры.
На нативном разрешении 4K тестовая система выдала 78 FPS. На разрешении 1080p средняя частота составляет 96 FPS. Это как две капли воды похоже на производительность RDR2, но при этом минимальные значения у Horizon Zero Dawn заметно выше.
На разрешении 1080p нижний 1% составляет 77 FPS, поэтому провалов ниже чем 60 FPS нет. Если у вас есть монитор 4К с большой частотой обновления, масштабирование разрешения даёт доступ к повышенной частоте кадров в данной игре.
Значительное увеличение производительности
Как и можно было предположить, все проверенные игры продемонстрировали заметный рост FPS при уменьшении разрешения. Уменьшение числа пикселей на 17% ведёт к среднему повышению частоты кадров на 27%. Игровые движки в наши дни часто связывают определённые графические эффекты с разрешением буфера кадра.
Графические настройки в компьютерных играх — подробный разбор
На сайте PC Gamer появился интересный разбор графических настроек в компьютерных играх, где подробно рассказано обо всех популярных инструментах, фильтрах и механизмах обработки изображения. Мы перевели его на русский язык, чтобы вы могли сами настраивать свои игры, избавляться от лагов и любоваться красивой графикой.
Итак, сегодня мы с вами разберемся, что означают те или иные графические настройки в компьютерных играх.
У Nvidia и AMD есть программное обеспечение для автоматической настройки графики согласно техническим характеристикам вашего компьютера. Со своей задачей программы справляются неплохо, но часто ручная настройка приносит куда больше пользы. Все-таки, мы ПК-бояре, у нас должна быть свобода выбора!
Если вы новичок в области игровой графики, это руководство создано специально для вас. Мы расшифруем основные пункты любого меню «Настройки графики» в ваших играх и объясним, на что они влияют. Эта информация поможет вам избавиться от лагов и фризов в любимой игре, не лишаясь красивой картинки. А владельцы мощных компьютеров поймут, как настроить самую сочную и привлекательную графику, чтобы записывать крутые видео и делать зрелищные скриншоты.
Начнем с фундаментальных понятий, а затем пройдемся по тонким настройкам в рамках нескольких разделов, посвященных анизотропной фильтрации, сглаживанию и постобработке. Для написания этого гайда мы пользовались информацией, полученной от профессионалов: Алекса Остина, дизайнера и программиста Cryptic Sea, Николаса Вайнинга, технического директора и ведущего программиста Gaslamp Games и от представителей Nvidia. Сразу отметим, что статью мы пишем простыми словами, опуская подробные технические детали, чтобы вам было легче понять механизмы работы разных технологий.
Содержание
ОСНОВЫ
Разрешение
Пиксель — основная единица цифрового изображения. Это цветовая точка, а разрешение — количество столбцов и рядов точек на вашем мониторе. Самые распространенные разрешения на сегодня: 1280×720 (720p), 1920×1080 (1080p), 2560×1440 (1440p) и 3840 x 2160 (4K или «Ultra-HD»). Но это для дисплеев формата 16:9. Если у вас соотношение сторон 16:10, разрешения будут слегка отличаться: 1920×1200, 2560×1600 и т.д. У ультрашироких мониторов разрешение тоже другое: 2560×1080, 3440×1440 и т.д.
Кадры в секунду (frames per second, FPS)
Если представить, что игра — это анимационный ролик, то FPS будет числом изображений, показанных за секунду. Это не то же самое, что частота обновления дисплея, измеряемая в герцах. Но эти два параметра легко сравнивать, ведь как монитор на 60 Гц обновляется 60 раз за секунду, так и игра при 60 FPS выдает именно столько кадров за тот же отрезок времени.
Чем сильнее вы загрузите видеокарту обработкой красивых, наполненных деталями игровых сцен, тем ниже будет ваш FPS. Если частота кадров окажется низкой, они будут повторяться и получится эффект подтормаживания и подвисания. Киберспортсмены охотятся за максимальном возможными показателями FPS, особенно в шутерах. А обычные пользователи зачастую довольствуются играбельными показателями — это где-то 60 кадров в секунду. Однако, мониторы на 120-144 Гц становятся более доступными, поэтому потребность в FPS тоже растет. Нет смысла играть на 120 герцах, если система тянет всего 60-70 кадров.
Так как в большинстве игр нет встроенного бенчмарка, для измерения кадров в секунду используется стороннее программное обеспечение, например, ShadowPlay или FRAPS. Однако, некоторые новые игры с DX12 и Vulkan могут некорректно работать с этими программами, чего не наблюдалось со старыми играми на DX11.
Апскейлинг и даунсэмплинг
В некоторых играх есть настройка «разрешение рендеринга» или «rendering resolution» — этот параметр позволяет поддерживать постоянное разрешение экрана, при этом настраивая разрешение, при котором воспроизводится игра. Если разрешение рендеринга игры ниже разрешения экрана, оно будет увеличено до масштабов разрешения экрана (апскейлинг). При этом картинка получится ужасной, ведь она растянется в несколько раз. С другой стороны, если визуализировать игру с большим разрешением экрана (такая опция есть, например, в Shadow of Mordor), она будет выглядеть намного лучше, но производительность станет заметно ниже (даунсэмплинг).
Производительность
На производительность больше всего влияет разрешение, поскольку оно определяет количество обрабатываемых графическим процессором пикселей. Вот почему консольные игры с разрешением 1080p, часто используют апскейлинг, чтобы воспроизводить крутые спецэффекты, сохраняя плавную частоту кадров.
Мы использовали наш Large Pixel Collider (суперкомпьютер от сайта PC Gamer), включив две из четырех доступных видеокарт GTX Titan, чтобы продемонстрировать, как сильно разрешение влияет на производительность.
Тесты проводились в бенчмарке Shadow of Mordor:
1980х720 (½ родного разрешения)
2560х1440 (родное разрешение)
5120х2880 (x2 родного разрешения)
Вертикальная синхронизация и разрывы кадров
Когда цикл обновления дисплея не синхронизирован с циклом рендеринга игры, экран может обновляться в процессе переключения между готовыми кадрами. Получается эффект разрыва кадров, когда мы видим части двух или более кадров одновременно.
Одним из решений этой проблемы стала вертикальная синхронизация, которая почти всегда присутствует в настройках графики. Она не позволяет игре показывать кадр, пока дисплей не завершит цикл обновления. Это вызывает другую проблему — задержка вывода кадров, когда игра способна показать большее количество FPS, но ограничена герцовкой монитора (например, вы могли бы иметь 80 или даже 100 кадров, но монитор позволит показывать только 60).
Адаптивная вертикальная синхронизация
Бывает и так, что частота кадров игры падает ниже частоты обновления монитора. Если частота кадров игры превышена, вертикальная синхронизация привязывает ее к частоте обновления монитора и она, например, на дисплее с 60 Гц не превысит 60 кадров. А вот когда частота кадров падает ниже частоты обновления монитора, вертикальная синхронизация привязывает ее к другому синхронизированному значению, например, 30 FPS. Если частота кадров постоянно колеблется выше и ниже частоты обновления, появляются подтормаживания.
Чтобы решить эту проблему, адаптивная вертикальная синхронизация от Nvidia отключает синхронизацию каждый раз, когда частота кадров падает ниже частоты обновления. Эту функцию можно включить в панели управления Nvidia — она обязательна для тех, кто постоянно включает вертикальную синхронизацию.
Технологии G-sync и FreeSync
Новые технологии помогают разобраться со многими проблемами, которые зачастую основаны на том, что у дисплеев фиксированная частота обновления. Но если частоту дисплея можно было бы изменять в зависимости от FPS, пропали бы разрывы кадров и подтормаживания. Такие технологии уже есть, но для них нужны совместимые видеокарта и дисплей. У Nvidia есть технология G-sync, а у AMD — FreeSync. Если ваш монитор поддерживает одну из них и она подходит к установленной видеокарте, проблемы решены.
Сглаживание (Anti-aliasing, антиалиасинг)
Инструментов для этого достаточно, но легче объяснить на примере суперсэмплинга (SSAA). Эта технология отрисовывает кадры с более высоким разрешением, чем у экрана, а затем сжимает их обратно до его размера. На предыдущей странице вы могли видеть эффект от сглаживания при уменьшении частоты в Shadow of Mordor с 5120х2880 до 1440p.
Взгляните на пиксель черепичной крыши. Он оранжевого цвета. Тут же и пиксель голубоватого неба. Находясь рядом, они создают жесткий зубчатый переход от крыши к небу. Но если визуализировать сцену с четырехкратным разрешением, вместо одного пикселя оранжевой крыши на этом же месте будут четыре пикселя. Некоторые из них будут оранжевыми, некоторые «небесными». Стоит взять значение всех четырех пикселей, как получится нечто среднее — если по такому принципу построить всю сцену, переходы станут мягче и «эффект лестницы» пропадет.
Такова суть технологии. Но, она требует от системы очень много ресурсов. Ей приходится отрисовывать каждый кадр с разрешением в два или более раз больше, чем оригинальное разрешение экрана. Даже в случае с нашими топовыми видеокартами суперсэмплинг с разрешением 2560х1440 кажется нецелесообразным. К счастью, есть альтернативы:
Мультисэмплинг (MSAA): Эффективнее суперсэмплинга, но все еще прожорлив. В старых играх он был стандартом, а его суть объясняется в видео, которое вы увидите ниже.
Усовершенствованный мультисэмплинг (CSAA): более эффективная версия MSAA от Nvidia для ее видеокарт.
Усовершенствованный мультисэмплинг (CFAA): тоже апгрейд MSAA, только от компании AMD для ее карточек.
Метод быстрого приближения (FXAA): вместо анализа каждого отдельного пикселя, FXAA накладывается в качестве фильтра постобработки на всю сцену целиком после ее рендеринга. FXAA также захватывает места, которые пропускаются при включении MSAA. Хотя сам метод быстрого приближения тоже пропускает много неровностей.
Морфологический метод (MLAA): он свойственен видеокартам AMD и тоже пропускает этап рендеринга. MLAA обрабатывает кадр, выискивая алиасинг и сглаживая его. Как нам объяснил Николас Вайнинг: «Морфологическое сглаживание работает с морфологией (паттернами) неровностей на краях моделей; оно вычисляет оптимальный способ удаления лесенок для каждого вида неровностей путем разбиения краев и зубцов на небольшие наборы морфологических операторов. А затем использует специальные типы смешивания для каждого отдельного набора». Включить MLAA можно в панели управления Catalyst.
Улучшенное субпиксельное морфологическое сглаживание (SMAA): еще один вид постобработки, в котором сочетаются детали MLAA, MSAA и SSAA. Такой метод можно совмещать со SweetFX, а многие современные игры поддерживают его изначально.
Временное сглаживание (TAA или TXAA): TXAA изначально разрабатывалась для графических процессоров Nvidia уровня Kepler и более поздних. Но затем появились не настолько специфические формы временного сглаживания, которые обычно обозначаются, как TAA. При таком способе следующий кадр сравнивается с предыдущим, после чего обнаруживаются и устраняются неровности. Происходит это при поддержке разных фильтров, которые уменьшают «ползающую лесенку» в движении.
Николас Вайнинг объясняет: «Идея TAA заключается в ожидании того, что два идущих друг за другом кадра будут очень похожи, ведь пользователь в игре двигается не настолько быстро. Поэтому раз объекты на экране переместились несильно, мы можем получить данные из предыдущего кадра, чтобы дополнить участки, нуждающиеся в сглаживании».
Многокадровое сглаживание (MFAA): появилось с релизом графических процессоров Maxwell от Nvidia. Тогда как MSAA работает с устойчивыми шаблонами, MFAA позволяет их программировать. Представители Nvidia подробно объясняют технологию в видео ниже (о нем мы уже говорили раньше и очень скоро вы его увидите).
Суперсэмплинг с глубоким обучением (DLSS): новейшая технология Nvidia, доступная лишь в некоторых играх и с видеокартами GeForce RTX. По словам компании: «DLSS использует нейронную сеть для определения многомерных особенностей визуализированной сцены и интеллектуального объединения деталей из нескольких кадров для создания высококачественного финального изображения. DLSS использует меньше сэмплов, чем TAA, при этом избегая алгоритмических трудностей с прозрачностями и другими сложными элементами сцен».
Другими словами, DLSS справляется с задачей лучше и эффективнее, чем TAA, но технологию нужно отдельно готовить к каждой игре. Если не обучить ее должным образом, многие места окажутся размытыми.
Что означают цифры?
В настройках сглаживания вы часто видите значения: 2x, 4x, 8x и т.д. Эти цифры рассказывают о количестве используемых образцов цвета и, как правило, чем больше число, тем точнее будет сглаживание (при этом оно потребует больше системных ресурсов).
Но есть исключения. Так, CSAA пытается достичь сглаживания на уровне MSAA с меньшим количеством образцов цвета. Поэтому 8xCSAA фактически использует только четыре образца цвета. Есть и 8QxCSAA — этот способ сглаживания увеличивает количество образцов цвета до восьми, чтобы повысить точность.
Производительность
Мы использовали бенчмарк Batman: Arkham City, чтобы протестировать несколько старых методов сглаживания: MSAA, FXAA и TXAA. Результаты, как и ожидалось, показывают, что FXAA требует меньше всего ресурсов, в то время как MSAA и TXAA сильно влияют на среднюю частоту кадров.
Результаты тестирования сглаживания в Batman: Arkham City (на двух Nvidia GTX Titan SLI):