Zawiła prawda o 60 klatkach na sekundę – prosto od samych deweloperów

Gracze mają kilka tematów, które rozgrzewają ich do czerwoności. Jednym z nich jest kwestia klatek – lepsze szybkie 60 FPS czy bardziej filmowe 30 FPS? Kto o tym decyduje i ile w tym lenistwa czy nieudolności dewelopera? Czy da się też optymalizować w nieskończoność, bo skoro Doom odpalony był już na wszystkim, pewnie i inne współczesne gry da się uruchomić w odpowiedniej płynności na nowych konsolach? Jeśli was też nurtują te pytania, przygotowałem odpowiedzi prosto od czołowych polskich ekspertów od technologii i optymalizacji.

Ja na optymalizacji się nie znam. Co więcej, research do tego artykułu był jednym z większych wyzwań jakich doświadczyłem w tym roku. Dlatego głównie zadawałem pytania i kierowałem je w stronę czołowych polskich studiów. Dzięki temu za chwilę poznacie perspektywę samych programistów z takich ekip jak Techland, One More Level, Anshar Studios czy The Knight of U. Z tekstu dowiecie się jak optymalizuje się gry, jakich sztuczek używa, różnicach w silnikach, a także o tym, kiedy i jak podejmuje się decyzję, czy gra będzie działać w 30 czy 60 FPS. Przygotujcie się na mnóstwo technologicznych zawiłości. Jak zaraz się przekonacie, nie jest to ani trochę oczywiste.

Co mówi nauka?

Zacznijmy od legendarnego pytania o to, czy ludzkie oko widzi różnicę między 30 a 60 FPS. Tak – widzi, i tutaj nie mamy specjalnie nad czym się rozwodzić. Bywa jednak, że dla każdego te różnice są nieco inne. O naukowe naświetlenie tej sytuacji poprosiłem nie dewelopera, lecz dr Wojciecha Glaca, prof. Uniwersytetu Gdańskiego, doświadczonego neurobiologa. Jak więc kwestia klatek na sekundę wygląda od strony naukowej?

Filmowa klatka zapisuje "ruch" przez to, że naświetla się jakiś czas i to sprawia, że ruch zostaje zapisany jako rozmycie. W grach klatki są bardzo ostre, więc przy tej częstotliwości próbkowania mózg wykrywa te drobne różnice i o ile analiza pozwala na powiązanie ze sobą dwóch klatek (obiekty się zgadzają), to jednak wymaga dodatkowej analizy i oglądanie takiego "filmu" jest na dłuższą metę męczące.

30 klatek na sekundę w grze przy próbkowaniu około 2 razy częstszym w tej części percepcji wzrokowej, która wykrywa ruch (zmiany jasności) sprawia, że kolejne klatki postrzegane są jako niepłynne. Ten szlak wzrokowy i kora odpowiedzialna za wykrywanie ruchu są w stanie wykrywać zmiany zachodzące co 10 milisekund, więc może dlatego nawet czasem te 60 klatek to za mało.

Nic więc dziwnego, że wielu graczy oczekuje jak największej liczby klatek, a deweloperzy robią co mogą, aby to osiągnąć. Jednocześnie gryzie się to z potrzebą coraz ładniejszych i bardziej rozbudowanych gier, co dodatkowo obciąża sprzęt. Co w takim razie najmocniej wpływa na wydajność? Na liście istotnych wyzwań są takie kwestie jak rozdzielczości ekranu – im większe, tym potrzeba większej mocy obliczeniowej. Do tego efekty cząsteczkowe (wybuchy czy iskry) – z jednej strony często to tysiące drobnych elementów, z drugiej korzystają z przezroczystości, co zmusza proces renderowania do kilkukrotnego przeliczania tych samych pikseli. Wszyscy moi rozmówcy na pierwszym miejscu stawiają jednak realistyczne oświetlenie w czasie rzeczywistym, na które składa się globalne oświetlenie, odbicia oraz efekty wolumetryczne. Fachowo opisuje to Michał Gawron, expert technical artist w Anshar Studios.

Najbardziej obciążającymi efektami graficznymi są obecnie zaawansowane systemy oświetlenia typu Global Illumination oraz odbicia realizowane sprzętowym ray tracingiem. Obliczanie ogromnej liczby promieni świetlnych i śledzenie ich interakcji ze złożoną geometrią sceny znacząco zwiększa koszty pracy GPU. Efekty wolumetryczne, takie jak mgła czy dym, również wymagają dużej mocy obliczeniowej, gdyż trzeba symulować rozpraszanie i przepływ światła w przestrzeni 3D.