Что такое ambient occlusion в играх. Что такое оптимизация, и чем её измерить? Влияние на производительность
Одной из ведущих отраслей компьютерной индустрии является «изготовление» игр. Специально для игр разрабатываются особые материнские платы, видеокарты, чипсеты. Но, как всем известно, главное требование любой современной игры – мощная видеокарта. Правда видеокарта является и самой дорогостоящей деталью персонального компьютера. Поэтому не все могут позволить менять видуокарту как перчатки, а значит вопрос о том, как настроить графику в играх – всегда актуален!
Нередко финансы не позволяют приобрести хорошую видеокарту. Из-за этого возникает ряд проблем, например, торможение, «лесенка» на границах предметов или плохая деталировка. Однако «слабая» видеокарта – это не приговор. Ситуацию можно спасти настройкой графики. Даже если у вас не самый производительный компьютер, «картинка» может быть вполне нормальной. Естественно, чем-то придется жертвовать, но это все, же лучше чем испорченная игра. И дальше мы будем разбираться с самыми распространёнными настройками графики.
Если вы уже пытались разобраться в установках игры, то, вероятно, поняли максимум половину из написанного. Допустим анизотропная фильтрация. Анизотропная фильтрация очень хороша при генерации сильно наклонённых относительно камеры объектах. Она оставляет текстуру равнозначно чёткой, а не частично размытой. Обойдёмся без заумных слов, объясню всё просто и понятно. Когда текстура рисунка воспроизводится на экране, то отображается либо уменьшенной, либо увеличенной. Уменьшением-увеличением и занимается анизотропная фильтрация. Иными словами она убирает «лиш¬ние» пикселы или, наоборот, при необходимости вставляет дополнительные. Ещё этот вид фильтрации лишен генерации большинства артефактов.
У Анизотропной фильтрации всего одна настройка – это коэффициент фильтрации. Возможные значения этого коэффициента могут принимать такие значения: 2x, 4x, 8x и 16x. Текстуры выгля¬дят четче и естественнее при более высоком значении. Для получения нормальной картинки достаточно 4x или 8x. Даже, если вы поставите 8x или 16x, особо на быстродействие это не скажется.
Я уверен, вы обратили внимание на очень странное слово в настройках – шейдеры. Они манипулируют 3D-сценой. Например, добавляют постобра¬ботку, накладывают текстуру, изменяют освещенность. Словом шейдеры создают новые эффекты. В параллельном ре¬жиме шейдеры работают наиболее продуктивно.
Parallax mapping симулирует рельефность текстур. Он ничего не создаёт, а только манипулирует текстурами. Например, ваш персонаж может «вставить» ногу в камень.
Эффект работает удачно только когда высота предмета меняется плавно, иначе у картинки появляются изъяны. Parallax mapping существенно экономит вычислительные ресур¬сы компьютера.
Тесселяция – это ещё один помощник графики в играх. В отличие от Parallax mapping, который только создаёт иллюзию объёмности объекта, тесселяция реально увеличивает детализацию простых 3D-объектов,. К тому же тесселяция может быть применена для любых предметов.
Ещё одно отличие от Parallax mapping в том, что тесселяция значительно загружает компьютер и работает только с DirectX 11.
Теперь об эффекте, убирающем лесенку на краях предметов – сглаживании (Anti-Aliasing). Есть несколько видов сглаживания разной эффективности и «тяжести» для видеокарты: FSAA, MSAA, CSAA, SSAA. CSAA уже морально устарел. MSAA и SSAA по принципу работы практически идентичны. MSAA сглаживает только края предметов. Это экономит ресурсы видеокарты. FSAA превосходно всё сглаживает, но количество кадров в секунду будет очень низким.
Сглаживание, как и фильтрация, имеет один параметр – коэффициент сглаживания (2x, 4x, 8x, 16x, 32х). Раньше сглаживание существенно влияло на количество кадров, сейчас это влияние практически почти не сказывается.
Опция V-Sync (вертикальная синхронизация) служит для синхронизации кадров игры с частотой вертикальной развертки монитора. То есть игровой кадр выводиться на монитор во время обновления на нём картинки. Важно, что в игре fps не может превышать частоту вертикальной развертки монитора. Иначе придётся активировать тройную буферизацию. Вертикальная синхронизация избежать эффекта сдвинутого кадра.
Эффект HIGH DYNAMIC RANGE (HDR) часто используется в сценах с контрастным освещением. Без этого эффекта в сценах с контрастным освещением всё становится монотонным и теряет деталировку. Предварительные просчёты проводятся повышенной точности: 64 или 96 бит. Только при выводе на экран, картинка подгоняется под 24 бит. Этот эффект часто используется для создания иллюзии адаптации зрения при выходе героя из туннеля на ярко освещённую поверхность.
MOTION BLUR – эффект смазывания при быстром перемещении камеры. Он добавляет кинематографичности в происходящее на экране. Зачастую используется в гоночных играх для добавления динамики.
В настройках также можно встретить такую технику, как SSAO (Screen Space Ambient Occlusion). Данная техника используется, чтобы придать сцене фотореалистичности. Она построена на принципе создания более реалистичного освещения сцены с учётом характеристик отражения и поглощения света. Ее предшественник, Ambient occlusion, не нашел применения на современных GPU из-за высокого уровня их быстродействия. Понятно, что SSAO даёт более слабый результат, но его вполне достаточно. Вообще, SSAO – золотая середина между качеством картинки и производительности.
Я думаю, в шутерах многие стыкались с такой опцией, как BLOOM. Она симулирует эффект съёмки ярких сцен обычными камерами, когда яркий свет за предметами «заливает» предметы перед собой. Данный эффект может создавать артефакты на краях предметов.
Иногда игры основывают на эффекте CEL SHADING. В нём каждый кадр доводится практически до рисунка от руки или фрагмента из мультика. Грубо говоря – это просто комиксы-раскраски. Игры в таком стиле начали выпускать с 2000 г.
Ещё один эффект – это FILM GRAIN: зернистость. Артефакт возникает в аналоговом ТВ при плохом сигнале, фотогра¬фиях (сделанных при недостаточном освещении) или на старых магнит¬ных кассетах. Обычно данный эффект только мешает, но в некоторых играх (ужастиках, например, Silent Hill) он только добавляет атмосферности.
В шутерах используется ещё один эффект, добавляющий иллюзию присутствия. Это – DEPTH OF FIELD (глубина резкости). DEPTH OF FIELD – это фокусировка камеры на дальнем или ближнем плане. Например, в фокусе передний план, значит задний план – размытый и наоборот. Лицезреть эффект глубины резкости можно на фотографиях сделанных качественным фотоаппаратом.
Вы только что познакомились со всеми распространенными игровыми эффектами графики и теперь можете качественно настроить графику в любой игре. Но не забывайте, что включение их всех на максимум приведёт сильнейшему уменьшению количества кадров в секунду, то есть торможению картинки. Так что настраивайте с умом. Ну, а впрочем, желаю вам весёлой и зрелищной игры
Кстати, рекомендую вот этот гайд для очистки ПК от мусора и соответственн оускорения его работы. Ссылка на гайд: http://pcguide.biz/del-trash.html
Графика в играх – видео разбор:
В современных играх используется все больше графических эффектов и технологий, улучшающих картинку. При этом разработчики обычно не утруждают себя объяснением, что же именно они делают. Когда в наличии не самый производительный компьютер, частью возможностей приходится жертвовать. Попробуем рассмотреть, что обозначают наиболее распространенные графические опции, чтобы лучше понимать, как освободить ресурсы ПК с минимальными последствиями для графики.
Анизотропная фильтрация
Когда любая текстура отображается на мониторе не в своем исходном размере, в нее необходимо вставлять дополнительные пикселы или, наоборот, убирать лишние. Для этого применяется техника, называемая фильтрацией.
трилинейная
анизотропная
Билинейная фильтрация является самым простым алгоритмом и требует меньше вычислительной мощности, однако и дает наихудший результат. Трилинейная добавляет четкости, но по-прежнему генерирует артефакты. Наиболее продвинутым способом, устраняющим заметные искажения на объектах, сильно наклоненных относительно камеры, считается анизотропная фильтрация. В отличие от двух предыдущих методов она успешно борется с эффектом ступенчатости (когда одни части текстуры размываются сильнее других, и граница между ними становится явно заметной). При использовании билинейной или трилинейной фильтрации с увеличением расстояния текстура становится все более размытой, анизотропная же этого недостатка лишена.
Учитывая объем обрабатываемых данных (а в сцене может быть множество 32-битовых текстур высокого разрешения), анизотропная фильтрация особенно требовательна к пропускной способности памяти. Уменьшить трафик можно в первую очередь за счет компрессии текстур, которая сейчас применяется повсеместно. Ранее, когда она практиковалась не так часто, а пропуская способность видеопамяти была гораздо ниже, анизотропная фильтрация ощутимо снижала количество кадров. На современных же видеокартах она почти не влияет на fps.
Анизотропная фильтрация имеет лишь одну настройку коэффициент фильтрации (2x, 4x, 8x, 16x). Чем он выше, тем четче и естественнее выглядят текстуры. Обычно при высоком значении небольшие артефакты заметны лишь на самых удаленных пикселах наклоненных текстур. Значений 4x и 8x, как правило, вполне достаточно для избавления от львиной доли визуальных искажений. Интересно, что при переходе от 8x к 16x снижение производительности будет довольно слабым даже в теории, поскольку дополнительная обработка понадобится лишь для малого числа ранее не фильтрованных пикселов.
Шейдеры
Шейдеры это небольшие программы, которые могут производить определенные манипуляции с 3D-сценой, например, изменять освещенность, накладывать текстуру, добавлять постобработку и другие эффекты.
Шейдеры делятся на три типа: вершинные (Vertex Shader) оперируют координатами, геометрические (Geometry Shader) могут обрабатывать не только отдельные вершины, но и целые геометрические фигуры, состоящие максимум из 6 вершин, пиксельные (Pixel Shader) работают с отдельными пикселами и их параметрами.
Шейдеры в основном применяются для создания новых эффектов. Без них набор операций, которые разработчики могли бы использовать в играх, весьма ограничен. Иными словами, добавление шейдеров позволило получать новые эффекты, по умолчанию не заложенные в видеокарте.
Шейдеры очень продуктивно работают в параллельном режиме, и именно поэтому в современных графических адаптерах так много потоковых процессоров, которые тоже называют шейдерами.
Parallax mapping
Parallax mapping это модифицированная версия известной техники bumpmapping, используемой для придания текстурам рельефности. Parallax mapping не создает 3D-объектов в обычном понимании этого слова. Например, пол или стена в игровой сцене будут выглядеть шероховатыми, оставаясь на самом деле абсолютно плоскими. Эффект рельефности здесь достигается лишь за счет манипуляций с текстурами.
Исходный объект не обязательно должен быть плоским. Метод работает на разных игровых предметах, однако его применение желательно лишь в тех случаях, когда высота поверхности изменяется плавно. Резкие перепады обрабатываются неверно, и на объекте появляются артефакты.
Parallax mapping существенно экономит вычислительные ресурсы компьютера, поскольку при использовании объектов-аналогов со столь же детальной 3D-структурой производительности видеоадаптеров не хватало бы для просчета сцен в режиме реального времени.
Эффект чаще всего применяется для каменных мостовых, стен, кирпичей и плитки.
Anti-Aliasing
До появления DirectX 8 сглаживание в играх осуществлялось методом SuperSampling Anti-Aliasing (SSAA), известным также как Full-Scene Anti-Aliasing (FSAA). Его применение приводило к значительному снижению быстродействия, поэтому с выходом DX8 от него тут же отказались и заменили на Multisample Аnti-Аliasing (MSAA). Несмотря на то что данный способ давал худшие результаты, он был гораздо производительнее своего предшественника. С тех пор появились и более продвинутые алгоритмы, например CSAA.
AA off
AA on
Учитывая, что за последние несколько лет быстродействие видеокарт заметно увеличилось, как AMD, так и NVIDIA вновь вернули в свои ускорители поддержку технологии SSAA. Тем не менее использовать ее даже сейчас в современных играх не получится, поскольку количество кадров/с будет очень низким. SSAA окажется эффективной лишь в проектах предыдущих лет, либо в нынешних, но со скромными настройками других графических параметров. AMD реализовала поддержку SSAA только для DX9-игр, а вот в NVIDIA SSAA функционирует также в режимах DX10 и DX11.
Принцип работы сглаживания очень прост. До вывода кадра на экран определенная информация рассчитывается не в родном разрешении, а увеличенном и кратном двум. Затем результат уменьшают до требуемых размеров, и тогда «лесенка» по краям объекта становится не такой заметной. Чем выше исходное изображение и коэффициент сглаживания (2x, 4x, 8x, 16x, 32x), тем меньше ступенек будет на моделях. MSAA в отличие от FSAA сглаживает лишь края объектов, что значительно экономит ресурсы видеокарты, однако такая техника может оставлять артефакты внутри полигонов.
Раньше Anti-Aliasing всегда существенно снижал fps в играх, однако теперь влияет на количество кадров незначительно, а иногда и вовсе никак не cказывается.
Тесселяция
С помощью тесселяции в компьютерной модели повышается количество полигонов в произвольное число раз. Для этого каждый полигон разбивается на несколько новых, которые располагаются приблизительно так же, как и исходная поверхность. Такой способ позволяет легко увеличивать детализацию простых 3D-объектов. При этом, однако, нагрузка на компьютер тоже возрастет, и в ряде случаев даже не исключены небольшие артефакты.
На первый взгляд, тесселяцию можно спутать с Parallax mapping. Хотя это совершенно разные эффекты, поскольку тесселяция реально изменяет геометрическую форму предмета, а не просто симулирует рельефность. Помимо этого, ее можно применять практически для любых объектов, в то время как использование Parallax mapping сильно ограничено.
Технология тесселяции известна в кинематографе еще с 80-х годов, однако в играх она стала поддерживаться лишь недавно, а точнее после того, как графические ускорители наконец достигли необходимого уровня производительности, при котором она может выполняться в режиме реального времени.
Чтобы игра могла использовать тесселяцию, ей требуется видеокарта с поддержкой DirectX 11.
Вертикальная синхронизация
V-Sync это синхронизация кадров игры с частотой вертикальной развертки монитора. Ее суть заключается в том, что полностью просчитанный игровой кадр выводится на экран в момент обновления на нем картинки. Важно, что очередной кадр (если он уже готов) также появится не позже и не раньше, чем закончится вывод предыдущего и начнется следующего.
Если частота обновления монитора составляет 60 Гц, и видеокарта успевает просчитывать 3D-сцену как минимум с таким же количеством кадров, то каждое обновление монитора будет отображать новый кадр. Другими словами, с интервалом 16,66 мс пользователь будет видеть полное обновление игровой сцены на экране.
Следует понимать, что при включенной вертикальной синхронизации fps в игре не может превышать частоту вертикальной развертки монитора. Если же число кадров ниже этого значения (в нашем случае меньше, чем 60 Гц), то во избежание потерь производительности необходимо активировать тройную буферизацию, при которой кадры просчитываются заранее и хранятся в трех раздельных буферах, что позволяет чаще отправлять их на экран.
Главной задачей вертикальной синхронизации является устранение эффекта сдвинутого кадра, возникающего, когда нижняя часть дисплея заполнена одним кадром, а верхняя уже другим, сдвинутым относительно предыдущего.
Post-processing
Это общее название всех эффектов, которые накладываются на уже готовый кадр полностью просчитанной 3D-сцены (иными словами, на двухмерное изображение) для улучшения качества финальной картинки. Постпроцессинг использует пиксельные шейдеры, и к нему прибегают в тех случаях, когда для дополнительных эффектов требуется полная информация обо всей сцене. Изолированно к отдельным 3D-объектам такие приемы не могут быть применены без появления в кадре артефактов.
High dynamic range (HDR)
Эффект, часто используемый в игровых сценах с контрастным освещением. Если одна область экрана является очень яркой, а другая, наоборот, затемненной, многие детали в каждой из них теряются, и они выглядят монотонными. HDR добавляет больше градаций в кадр и позволяет детализировать сцену. Для его применения обычно приходится работать с более широким диапазоном оттенков, чем может обеспечить стандартная 24-битовая точность. Предварительные просчеты происходят в повышенной точности (64 или 96 бит), и лишь на финальной стадии изображение подгоняется под 24 бита.
HDR часто применяется для реализации эффекта приспособления зрения, когда герой в играх выходит из темного туннеля на хорошо освещенную поверхность.
Bloom
Bloom нередко применяется совместно с HDR, а еще у него есть довольно близкий родственник Glow, именно поэтому эти три техники часто путают.
Bloom симулирует эффект, который можно наблюдать при съемке очень ярких сцен обычными камерами. На полученном изображении кажется, что интенсивный свет занимает больше объема, чем должен, и «залазит» на объекты, хотя и находится позади них. При использовании Bloom на границах предметов могут появляться дополнительные артефакты в виде цветных линий.
Film Grain
Зернистость артефакт, возникающий в аналоговом ТВ при плохом сигнале, на старых магнитных видеокассетах или фотографиях (в частности, цифровых изображениях, сделанных при недостаточном освещении). Игроки часто отключают данный эффект, поскольку он в определенной мере портит картинку, а не улучшает ее. Чтобы понять это, можно запустить Mass Effect в каждом из режимов. В некоторых «ужастиках», например Silent Hill, шум на экране, наоборот, добавляет атмосферности.
Motion Blur
Motion Blur эффект смазывания изображения при быстром перемещении камеры. Может быть удачно применен, когда сцене следует придать больше динамики и скорости, поэтому особенно востребован в гоночных играх. В шутерах же использование размытия не всегда воспринимается однозначно. Правильное применение Motion Blur способно добавить кинематографичности в происходящее на экране.
Эффект также поможет при необходимости завуалировать низкую частоту смены кадров и добавить плавности в игровой процесс.
SSAO
Ambient occlusion техника, применяемая для придания сцене фотореалистичности за счет создания более правдоподобного освещения находящихся в ней объектов, при котором учитывается наличие поблизости других предметов со своими характеристиками поглощения и отражения света.
Screen Space Ambient Occlusion является модифицированной версией Ambient Occlusion и тоже имитирует непрямое освещение и затенение. Появление SSAO было обусловлено тем, что при современном уровне быстродействия GPU Ambient Occlusion не мог использоваться для просчета сцен в режиме реального времени. За повышенную производительность в SSAO приходится расплачиваться более низким качеством, однако даже его хватает для улучшения реалистичности картинки.
SSAO работает по упрощенной схеме, но у него есть множество преимуществ: метод не зависит от сложности сцены, не использует оперативную память, может функционировать в динамичных сценах, не требует предварительной обработки кадра и нагружает только графический адаптер, не потребляя ресурсов CPU.
Cel shading
Игры с эффектом Cel shading начали делать с 2000 г., причем в первую очередь они появились на консолях. На ПК по-настоящему популярной данная техника стала лишь через пару лет. С помощью Cel shading каждый кадр практически превращается в рисунок, сделанный от руки, или фрагмент из мультика.
В похожем стиле создают комиксы, поэтому прием часто используют именно в играх, имеющих к ним отношение. Из последних известных релизов можно назвать шутер Borderlands, где Cel shading заметен невооруженным глазом.
Особенностями технологии является применение ограниченного набора цветов, а также отсутствие плавных градиентов. Название эффекта происходит от слова Cel (Celluloid), т. е. прозрачного материала (пленки), на котором рисуют анимационные фильмы.
Depth of field
Глубина резкости это расстояние между ближней и дальней границей пространства, в пределах которого все объекты будут в фокусе, в то время как остальная сцена окажется размытой.
В определенной мере глубину резкости можно наблюдать, просто сосредоточившись на близко расположенном перед глазами предмете. Все, что находится позади него, будет размываться. Верно и обратное: если фокусироваться на удаленных объектах, то все, что размещено перед ними, получится нечетким.
Лицезреть эффект глубины резкости в гипертрофированной форме можно на некоторых фотографиях. Именно такую степень размытия часто и пытаются симулировать в 3D-сценах.
В играх с использованием Depth of field геймер обычно сильнее ощущает эффект присутствия. Например, заглядывая куда-то через траву или кусты, он видит в фокусе лишь небольшие фрагменты сцены, что создает иллюзию присутствия.
Влияние на производительность
Чтобы выяснить, как включение тех или иных опций сказывается на производительности, мы воспользовались игровым бенчмарком Heaven DX11 Benchmark 2.5. Все тесты проводились на системе Intel Core 2 Duo e6300, GeForce GTX 460 в разрешении 1280Ч800 точек (за исключением вертикальной синхронизации, где разрешение составляло 1680Ч1050).
Как уже упоминалось, анизотропная фильтрация практически не влияет на количество кадров. Разница между отключенной анизотропией и 16x составляет всего лишь 2 кадра, поэтому рекомендуем ее всегда ставить на максимум.
Сглаживание в Heaven Benchmark снизило fps существеннее, чем мы того ожидали, особенно в самом тяжелом режиме 8x. Тем не менее, поскольку для ощутимого улучшения картинки достаточно и 2x, советуем выбирать именно такой вариант, если на более высоких играть некомфортно.
Тесселяция в отличие от предыдущих параметров может принимать произвольное значение в каждой отдельной игре. В Heaven Benchmark картинка без нее существенно ухудшается, а на максимальном уровне, наоборот, становится немного нереалистичной. Поэтому следует устанавливать промежуточные значения moderate или normal.
Для вертикальной синхронизации было выбрано более высокое разрешение, чтобы fps не ограничивался вертикальной частотой развертки экрана. Как и предполагалось, количество кадров на протяжении почти всего теста при включенной синхронизации держалось четко на отметке 20 или 30 кадров/с. Это связано с тем, что они выводятся одновременно с обновлением экрана, и при частоте развертки 60 Гц это удается сделать не с каждым импульсом, а лишь с каждым вторым (60/2 = 30 кадров/с) или третьим (60/3 = 20 кадров/с). При отключении V-Sync число кадров увеличилось, однако на экране появились характерные артефакты. Тройная буферизация не оказала никакого положительного эффекта на плавность сцены. Возможно, это связано с тем, что в настройках драйвера видеокарты нет опции принудительного отключения буферизации, а обычное деактивирование игнорируется бенчмарком, и он все равно использует эту функцию.
Если бы Heaven Benchmark был игрой, то на максимальных настройках (1280Ч800; AA 8x; AF 16x; Tessellation Extreme) в нее было бы некомфортно играть, поскольку 24 кадров для этого явно недостаточно. С минимальной потерей качества (1280Ч800; AA 2x; AF 16x, Tessellation Normal) можно добиться более приемлемого показателя в 45 кадров/с.
Недавно игра Rise of the Tomb Raider получила обновление, которое добавило поддержку нового затенения по технологии NVIDIA VXAO и поддержку DirectX 12. Мы рассмотрим особенности VXAO, сравним качество этого затенения с другими режимами и проведем сравнительное тестирование, чтобы выявить ресурсоемкость каждого метода Ambient Occlusion.
В отдельной статье уже рассмотрены особенности работы HBAO+ в Rise of the Tomb Raider. По итогам сравнения хорошо видно, что это затенение позволяет лучше выделить отдельные детали окружения и неровности рельефа. VXAO является еще более качественным вариантом. Этот метод Ambient Occlusion (AO) позволяет реализовать еще более точное затенение с учетом освещенности и влияния объектов друг на друга. VXAO является частью технологии объемного освещения VXGI (Voxel Global Illumination), которая корректно учитывает прямой и отраженной свет. В VXGI сцена разбивается на вексельную сетку, а потом осуществляется трассировка сцены с учетом разных параметров для каждого сегмента. Кроме корректного моделирования освещенности каждого участка при таком методе получается более точное затенение Ambient Occlusion. Наглядный пример ниже.
С обычным SSAO имеют место некорректные тени вокруг астронавта и прямо под корпусом посадочного модуля. Эти ореолы помогают оттенить объекты на общем фоне. Но объекты удалены от поверхности, таких теней не может быть. С воксельным AO их и нет, есть тени под опорами, которые стоят на земле. При этом точнее ложатся тени на мелкие элементы корпуса, лучше их выделяя.
Чтобы в полной мере оценить преимущества нового алгоритма затенения NVIDIA мы проведем несколько полных сравнений в разных режимах, и отдельно сконцентрируемся на сравнении HBAO+ и VXAO.
За основу взята конфигурация настроек максимального качества графики. По умолчанию этот профиль нам предлагает режим HBAO+, но мы вначале отключим это затенение, а потом будем поэтапно включать разные варианты AO (параметр «преграждение окружающего света»).
При включении SSAO мы видим, как однотонные тени на снегу становятся сложнее. Усиливаются темные зоны под краном и в месте стыка каменных глыб.
Сложный рельеф неровного снега просматривается еще лучше благодаря оттеснению его неровностей в HBAO+. Темная зона камней в разломе перед героиней еще темнее. В правой части сцены просматривается неравномерное затенение здания, в глубине появляются более темные зоны.
VXAO продолжает отмеченную тенденцию. Тень под краном еще интенсивнее, немного возрастает интенсивность теней в районе деревьев справа. Темнее зона прямо под героиней.
Посмотрим на другой пример.
SSAO создает дополнительные полутени в расщелинах скалы на заднем плане, появляется тень от растительности на переднем плане. HBAO+ усиливает выделение неровней на поверхности скалы. Появляется тень на поваленном дереве слева и тень в нижней части дерева справа. Усиливаются тени от растительности. В итоге все объекты на переднем плане приобретают дополнительный объем. VXAO уже глобально не меняет ситуацию. Разница с HBAO+ видна только по тени у обрыва в нижней правой части кадра. Также обратите внимание на зеленую зону под поваленным деревом, с VXAO ее неровности выделяются чуть лучше.
Пример другой сцены показывает кардинальную разницу между режимом без AO и с SSAO. На втором скриншоте темнеют слабо освещенные зоны пещеры по бокам, появляются легкие тени вокруг камней. С HBAO+ выделение этих камней еще лучше, тени даже помогают выделить отдельные элементы этих камней. Усиливаются темные зоны за опорами слева, что лучше выделяет эти элементы. Нечто подобное заметно на поверхности пещеры справа.
VXAO глобальных изменений снова не приносит. Можно отметить только усиление некоторых темных зон в правой части и определенное изменение в затенении камней, которые находятся в этой зоне. Обратите внимание на нижнюю их часть, с VXAO она темнее. Мелочь, но это придает дополнительное ощущение объема этим элементам.
По итогам сравнения скриншотов в трех сценах мы видим, что VXAO дает картинку близкую к HBAO+. Можно отметить дополнительное усиление некоторых теней в слабоосвещенных зонах. Еще один такой пример ниже.
На поверхность скалы за выступом слева попадает меньше света. С VXAO эта зона темнее в сравнении с HBAO+. И наиболее интенсивное затенение между расщелинами и кустами.
Но визуальные изменения не ограничиваются дополнительным усилением теней. Нижнее сравнение позволит раскрыть и некоторые другие особенности.
В пещере один источник освещения - солнечные лучи пробиваются сквозь щель в потолке, частично освещая помещение. Обратите внимание на правую зону обоих скриншотов. С HBAO+ есть слабый желтоватый оттенок на колонне, хотя она вне освещаемой зоны. С VXAO вся зона все конуса света чуть темнее и холоднее. Еще лучше видна разница по сравнению тел в лучах света. С HBAO+ они все ярко освещены, как и камни вокруг. VXAO погружает обратную сторону камней в тень, ведь лучи на них падают с другой стороны, и нам видна именно темная сторона. Тело на копье становится неравномерно освещенным, вверху светлее, внизу темнее. Другой объем для сравнения - ближний скелет, который прислонен к цилиндрическому куску обрушившейся конструкции. Этот элемент должен укрывать скелет от света, но с HBAO+ он слегка освещен и имеет характерный желтоватый оттенок. VXAO усиливает затенение скелета. Возле этого скелета частично освещенная грань какой-то опоры у стены, которая тоже повернута к нам и закрыта от прямого света. Она не может быть такой яркой, и VXAO тоже это исправляет.
В итоге видно, что VXAO не просто усиливает тени и расширяет затененную зону, а корректнее воссоздает реальную картину затенения с учетом направления лучей света.
Но еще более интересный эффект мы получим при резком изменении интенсивности освещения. Ниже приведено три скриншота при разных режимах AO в сцене, где яркий слепящий свет пробивается сквозь щели внутрь темного помещения.
Между SSAO и HBAO+ нет кардинальной разницы в этой сцене. Второй вариант усиливает затенение дальнего угла и зоны справа от шкафчика. Меняется освещенность боковых граней досок слева. VXAO же резко меняет все изображение. Яркие пятна света на полу и куртке героини становятся ярче. Ярче изображение между щелями досок, оно превращается в яркое световое пятно. При этом дальний угол помещения и тени на том же шкафчике еще темнее.
В итоге мы имеет более резкий перепад между темными и светлыми зонами и более явное ощущение яркого света, который пробивается через отверстия. Конечное изображение ближе к нашему реальному восприятию такого света в темном помещении. Эффект адаптации зрения к резким перепадам освещения более достоверный.
В качестве дополнительного наглядного материала вы можете посмотреть аналогичное сравнение режимов AO в видеоформате.
После визуального сравнения проведем тестирование производительности в разных режимах.
Тестовый стенд
- процессор: Intel Core i7-3930K @4,4 ГГц
- материнская плата: ASUS Rampage IV Formula
- видеокарта: GeForce GTX 980 Ti
- память: Kingston KHX2133C11D3K4/16GX, 1866 МГц, 4x4 ГБ
- жесткий диск: Hitachi HDS721010CLA332, 1 TБ
- блок питания: Seasonic SS-750KM
- операционная система: Windows 7 Ultimate SP1 x64
- драйвер GeForce: NVIDIA GeForce 364.51
Тестирование проводилось путем переигрывания небольшой прогулки по локации геотермальной долины - одного из самых тяжелых для видеокарт мест в игре.
Изначально выбран профиль качества «Очень высокого», менялись только режимы AO. Сглаживание FXAA, разрешение 1920x1080, DirectX 11.
SSAO и HBAO слабо сказываются на общей производительности, снижая частоту кадров лишь на несколько процентов. При этом между двумя режимами можно провести знак примерного равенства, с HBAO+ на топовой видеокарте NVIDIA минимальный fps даже чуть лучше. Это немного отличается от старых результатов , где производительность SSAO на GeForce GTX 980 Ti все же была чуть выше. Это говорит о лучшей оптимизации в новом видеодрайвере, и о том, что программисты NVIDIA постоянно работают над улучшением быстродействия своих продуктов.
VXAO уже дается с заметными потерями производительности. Разница с HBAO+ на уровне 22-26%.
Выводы
По итогам знакомства с NVIDIA VXAO в Rise of the Tomb Raider можно констатировать, что это самый прогрессивный алгоритм Ambient Occlusion. VXAO добавляет дополнительные тени и меняет картину затенения в соответствии с реальной освещенностью объектов. Это позволяет лучше выделить некоторые детали окружения и воссоздать ощущение направленного света. Но конечный эффект зависит от освещения в сцене, поэтому не всегда VXAO даст картинку кардинально отличающуюся от HBAO+. Особенно впечатляет, что VXAO улучшает восприятие света в сценах с резкими перепадами освещенности. Слепящий яркий свет, контрастирующий с темным окружением, выглядит более достоверно, лучше отражая особенности восприятия таких сцен человеческим глазом. То есть влияние VXAO более глобально, оно не ограничивается одной лишь проработкой теней. К сожалению, этот метод AO серьезно сказывается на производительности. Если вы обладатель топовой видеокарты, то смело включайте VXAO. Владельцы более простых графических карт могут ограничиться HBAO+, который лучше обычного SSAO при том же уровне ресурсоемкости. В итоге обе технологии NVIDIA GameWorks позволяют улучшить изображение и расширить визуальные впечатления от Rise of the Tomb Raider, а выбор метода AO определяется мощностью вашей видеокарты.
Графический движок Far Cry 3
Far Cry 3 построен на движке Dunia 2, ведущего родословную от первой версии CryEngine, которая лежала в основе самого первого Far Cry, а следующие версии используются в серии Crysis. Но, несмотря на именитое родство, а также всю привлекательность Far Cry 3, нельзя не признать, что эта игра больше берет проработанным дизайном, чем передовыми технологиями и богатством графических эффектов. Far Cry 3 поддерживает API DirectX 9 либо DX11 (промежуточный вариант в виде DirectX 10 недоступен), но почти все красоты игры не выходят за рамки возможностей первого. Немногие заметные глазу преимущества, которые можно извлечь из DirectX 11, сводятся к полноэкранному сглаживанию мощностью вплоть до 8x и выбору из трех различных механизмов Ambient Occlusion. Внимательные игроки также могут заметить работу технологии Contact Hardening Shadows: жесткость тени варьируется в зависимости от расстояния между ее источником и затененной поверхностью.
Far Cry 3 в немалой степени ориентирован на консоли с присущими им ограничениями на объем памяти и вычислительную мощность. Кроме того, создание большого открытого окружения требует такого количества дизайнерских человеко-часов, что разработчик не может преуспеть во всех составляющих визуального облика игры, и для него выгоднее, наоборот, сконцентрироваться на нескольких ключевых компонентах. В случае с Far Cry 3 таковыми стали персонажи и окружающая среда.
Возьмем персонажей. Постоянные читатели наверняка помнят, что в свое время NVIDIA в качестве очередной виртуальной красотки, демонстрирующей возможности GeForce 8800 GTX, избрала отрендеренную копию некой модели по имени Adrianne Curry. В 2006 году результат действительно восхищал, в то время как в большинстве игр физиономии персонажей все еще выглядели довольно-таки грубо. Ну а теперь уже красота виртуальной Adrianne Curry уступает внешности Citra — главной обольстительницы из истории Far Cry 3.
Что касается красот природы, то вызывает восхищение тот изящный и эффективный метод, с помощью которого разработчики сделали игровой мир столь богатым и реалистичным. Поначалу картинка просто вызывает восторг и поглощает зрителя целиком, но если присмотреться к деталям, то выяснится, что пейзажи острова довольно однообразные и простые. Нельзя не сравнить Far Cry 3 с первым Crysis, действие которого также происходит на тропическом острове. И в плане проработки окружения сравнение будет не в пользу новинки. Хотя, конечно, это не только или даже, быть может, не столько недостаток Far Cry 3, сколько свидетельство тому, насколько Crysis тогда опередил свое время.
Но сравнение видеоряда Crysis и Far Cry 3 раскрывает и главное преимущество последнего. Это одна из первых игр, которые используют технологию Global Illumination, и с чрезвычайно эффектным результатом. Работа GI в Far Cry 3 складывается из двух основных компонентов: прямого освещения от небесной сферы и рассеянного света, отраженного от элементов игрового окружения.
Направление и оттенок света небесной сферы рассчитывается движком в реальном времени, что позволяет теням от объектов ползти по земле вслед за солнцем.
А данные о распределении света, отражающегося от близко расположенных поверхностей, и видимости неба из определенной точки (зонда - Probe) вычисляется на CPU в «офлайне» (на схеме — Probe Baking), что делает технологию относительно нетребовательной по сравнению с полностью «онлайновой» реализацией Global Illumination. И это, возможно, не последняя причина того, что движок допускает лишь небольшие разрушения игровой среды.
Затем уже в игре из сочетания заранее просчитанной информации и динамического небесного освещения (Relighting) формируются объемные текстуры, с помощью которых GPU придает объектам ту или иную освещенность и оттенок.
Таким образом и получаются сцены с роскошными реалистичными тенями, которыми так привлекает Far Cry 3.
Наконец, в дополнение к описанному алгоритму, версия Far Cry 3 для PC оперирует информацией о распространении света от локальных источников для того, чтобы аппроксимировать динамическое освещение, создаваемое фарами автомобиля, факелами и прочим.
⇡ Настройки графики Far Cry 3
DirectX 9 vs DirectX 11
Итак, Far Cry 3 предлагает выбор между API DirectX 9 и DX 11. Последний вариант открывает доступ к выбору режима полноэкранного сглаживания и алгоритма Ambient Occlusion. Последняя технология выполняет ту же задачу, что и Global Illumination, только в меньшем масштабе: аппроксимирует распределение отраженного света, что лучше всего проявляется в затенении углубленных участков геометрии (ниши, углы и т.д.) по сравнении с выдающимися.
Польза антиалиасинга в Far Cry 3 не подлежит обсуждению, особенно потому, что наш остров головорезов — «весь покрытый зеленью, абсолютно весь». MSAA в сочетании с TSAA (применением суперсемплинга к прозрачным текстурам, из которых состоит обильная тропическая листва) делает картинку куда более четкой, нежели в режиме DirectX 9, хотя и ценой колоссального падения производительности. Что поделаешь, такова неприятная особенность доминирующего сегодня метода отложенного рендеринга (Deferred Rendering).
А вот выбор между методами Ambient Occlusion неоднозначнен. В режиме DirectX 9 по умолчанию доступен только относительно старый и неточный метод - SSAO (Screen space ambient occlusion), при переходе к DirectX 11 появляются еще два варианта: HBAO (Horizon-Based Ambient Occlusion) и HDAO (High Definition Ambient Occlusion).
Как видно по скриншотам, использование SSAO производит довольно грубый результат, резко выделяя стыки полигонов и накладывая обширные тени на поверхности.
Освещение с использованием HBAO также выглядит не очень естественно. Хотя картинка и не столь темная, как при SSAO, в стыках полигонов появляются резкие короткие тени, за счет чего клочки травы на открытых пространствах выглядит как подпаленные, а в закрытых помещениях HBAO придает графике Far Cry 3 отдаленное сходство с мультяшным стилем Borderlands 2.
Наиболее сбалансированные тени производит метод HDAO, подчеркивая объем в тех местах, где нужно, и не создавая странных графических артефактов. Для расчета данных HDAO движок Far Cry 3 задействует API DirectCompute.
GPU от AMD и NVIDIA с теми версиями драйверов, которые использовались в тестировании, работают с тремя режимами Ambient Occlusion с примерно одинаковой эффективностью: разница очень невелика.
Предустановки детализации
Far Cry 3 позволяет в широких пределах изменять детализацию игрового окружения. Предлагаются пять предустановленных настроек: Low, Medium, High, Very High и Ultra, от которых также сильно зависит и производительность. Откатив графику до уровня Low, можно сделать Far Cry 3 играбельным даже на относительно старых системах, хотя при этом и пропадет добрая часть труда дизайнеров.
|
|
|
|
|
|
Предустановки мало влияют на сложность геометрии движущихся моделей и вид закрытых помещений. Сильнее всего изменяется детализация текстур и дальность прорисовки деталей ландшафта. При переходе от низких режимов к высоким постепенно включаются компоненты сложной модели освещения Far Cry 3. Заметная разница также проявляется в том, как выглядят модели персонажей.
Изображение, приближенное к замыслу авторов игры, появляется на экране только в режиме High, при котором наблюдается неплохой компромисс между красотой и быстродействием. В более низких режимах открытые пространства Far Cry 3 становятся похожи на примитивные (а когда-то восхищавшие) декорации TES: Oblivion.
|
|
|
|
|
|
В связи с многократными вопросами и спорами, связанными с FPS в тестах для видеокарт, представленными на нашем сайте, мы решили более детально остановиться на этом вопросе и рассказать вам про настройки игр.
Все знают, что в современных играх достаточно настроек графики для улучшения качества картинки или повышения производительности в самой игре. Рассмотрим основные настройки, которые присутствуют практически во всех играх.
Разрешение экрана
Пожалуй, этот параметр является одним из главных, влияющих как на качество картинки, так и на производительность игры. Данный параметр зависит исключительно от матрицы ноутбука, и поддержки данного разрешения игрой (от 640х480 до 1920х1080). Тут все просто и пропорционально, чем больше разрешение, тем четче картинка и больше нагрузка на систему, и, соответственно, наоборот.
Качество графики
Практически в каждой игре есть свои стандартные настройки графики, которые вы можете использовать. Обычно это «низкие»», «средние», «высокие» и в некоторых играх присутствует графа «ультра». В эти установки уже изначально заложен набор настроек (качество текстур, сглаживание, анизотропная фильтрация, тени… и многие другие) и пользователь может выбрать профиль, который лучше всего подходит под его конфигурацию ПК. Думаю тут все понятно, чем лучше настройка графики, тем реалистичнее смотрится игра, и, конечно же, возрастают требования к устройству. Ниже вы можете посмотреть видео, и сравнить качество картинки во всех профилях.
Далее мы рассмотрим более детально настройки в играх по отдельности.
Качество текстур
Данная настройка отвечает за разрешение текстур в игре. Чем выше разрешение текстур, тем более четкую и детализированную картинку вы видите, соответственно и нагрузка на GPU будет больше.
Качество теней
Эта настройка регулирует детализацию теней. В некоторых играх тени можно вообще отключить, что даст существенный прирост производительности, но картинка не будет такой насыщенной. На высоких настройках тени будут более реалистичные и мягкие.
Качество эффектов
Данный параметр влияет на качество и интенсивность эффектов, таких как дым, взрывы, выстрелы, пыль и многие другие. В разных играх данная настройка влияет по-разному, в некоторых разницу между низкими и высокими настройками очень тяжело заметить, а в некоторых отличия очевидны. Влияние данного параметра на производительность зависит от оптимизации эффектов в игре.
Качество окружающей среды
Параметр, отвечающий за геометрическую сложность каркасов в объектах окружающего игрового мира, а также их детализацию (особенно заметна разница на дальних объектах). На низких настройках возможны потери детализации объектов (домов, деревьев, машин и т.д.). Удаленные объекты становятся практически плоским, округлые формы получаются не совсем круглыми, при этом практически каждый объект лишается каких-то мелких деталей.
Покрытие ландшафта
В некоторых играх указывается как «Плотность травы» либо носит другие подобные названия. Отвечает за количество травы, кустов, веток, камней и прочего мусора находящегося на земле. Соответственно чем выше параметр, тем более насыщенной разными объектами выглядит земля.
Анизотропная фильтрация
Когда текстура отображается не в своем исходном размере, в нее вставляются дополнительные или убираются лишние пиксели. Для этого и применяется фильтрация. Существует три вида фильтраций: билинейная, трилинейная и анизотропная. Самой простой и наименее требовательной является билинейная фильтрация, но и результат от нее наихудший. Трилинейная фильтрация тоже не даст вам хороших результатов, хоть она и добавляет четкости, но также генерирует артефакты.Самой лучшей фильтрацией является анизотропная, которая заметно устраняет искажения на текстурах сильно наклоненных относительно камеры. Для современных видеокарт, данный параметр практически не влияет на производительность, но существенно улучшает четкость и естественный вид текстуры.
Сглаживание
Принцип работы сглаживания таков: до вывода картинки на экран она рассчитывается не в родном разрешение, а в двукратном увеличении. Во время вывода картинка уменьшается до нужных размеров, причем неровности по краям объекта становятся менее заметными. Чем больше исходное изображение и коэффициент сглаживания (x2, x4, x8, x16), тем меньше неровностей будет заметно на объектах. Собственно само сглаживание нужно для того чтобы максимально избавится от «лестничного эффекта» (зубцов по краям текстуры).Существуют разные виды сглаживания, чаще всего в играх встречаются FSAA и MSAA. Полноэкранное сглаживание (FSAA) используется для устранения «зубцов» на полноэкранных изображениях. Минус данного сглаживания заключается в обработке всей картинки целиком, что конечно значительно улучшает качество изображения, но требует большой вычислительной мощности графического процессора.
Multisample anti-aliasing (MSAA), в отличие от FSAA, сглаживает только края объектов, что приводит к небольшому ухудшению графики, но при этом экономит огромную часть вычислительной мощи. Так что если вы не обладаете топовой игровой видеокартой, лучше всего использовать MSAA.
SSAO (Screen Space Ambient Occlusion)
В переводе на русский означает «преграждение окружающего света в экранном пространстве». Является имитацией глобального освещения. Увеличивает реалистичность картинки, создавая более «живое» освещение. Дает нагрузку только на GPU. Данная опция значительно уменьшает количество FPS на слабых графических адаптерах.
Размытие в движение
Также известно как Motion Blur. Это эффект, смазывающий изображение при быстром передвижении камеры. Придает сцене больше динамики и скорости (часто используется в гонках). Увеличивает нагрузку на GPU, тем самым уменьшает количество FPS.
Глубина резкости (Depth of field)
Эффект для создания иллюзии присутствия за счет размытия объектов в зависимости от их положения относительно фокуса. Например, разговаривая с определенным персонажем в игре, вы видите его четко, а задний фон размыто. Такой же эффект можно наблюдать если сконцентрировать взгляд на предмете расположенном вблизи, более дальние объекты будут размыты.
Вертикальная синхронизация (V-Sync)
Синхронизирует частоту кадров в игре с частотой вертикальной развертки монитора. При включенной V-Sync, максимальное количество FPS равно частоте обновления монитора. Если же количество кадров в игре у вас ниже, чем частота развертки монитора, стоит включить тройную буферизацию, при которой кадры подготавливаются заранее, и хранятся в трех раздельных буферах. Преимущество вертикальной синхронизации состоит в том, что она позволяет избавиться от нежелательных рывков, при резких скачках FPS.Не обошлось и без недостатков, например в новых требовательных играх возможно сильное падение производительности. Также в динамических шутерах или онлайн играх, V-Sync может только навредить.