بررسی مباحث مربوط به فریم ریت و تشریح ایجاد استاتر و تیک در بازی ها

[Erfan.]

بیشتر بنچمارک ها در بررسی های سخت افزاری بر اساس میانگین فریم نمایش داده شده در هر ثانیه هستند و قیاس و چینش محصولات در بنچمارک ها بر اساس عدد میانگین فریم قابل ارائه توسط آنهاست، بدین شکل که میانگین فریم ارائه شده توسط یک محصول (در این مقاله GPU مد نظر هست) که در بنچمارک مشاهده میشود، تنها ملاک برای نتیجه گیری از روی بنچمارک هست. برخی سایت ها کمینه فریم ها را هم درج میکنند و بدین شکل، نتیجه گیری دقیق تر میشود. اما چرا میانگین فریم نمیتواند ملاک دقیقی برای نتیجه گیری در مورد میزان روان اجرا شدن یک بازی باشد؟ در ادامه به تمامی موارد مورد بحث در مورد فریم ریت، افت فریم، میزان روانی یک بازی و دلایل ایجاد تیک های مختلف خواهیم پرداخت.

تشکیل یک فریم از یک بازی در GPU و نمایش آن بر روی صفحه به طور خلاصه

به طور خلاصه، با دستور پردازنده، دیتا های مورد نیاز از هارد درایور به رم فراخوانده شده، سپس به پردازنده راه میابند و از پردازنده به سمت GPU روانه میشوند. در GPU مراحل مختلفی طی می‌شود، تشکیل اشکال سه بعدی، جایگیری اشکال سه بعدی در مختصات معین، سایه زنی، قرار گیری بافت ها، تشکیل تصویر دو بعدی بر اساس زاویه دید دوربین و در مرحله آخر، ایجاد یک تصویر متشکل از پیکسل ها یا همان فریم. سپس فریم به صفحه نمایش فرستاده میشود و به همین ترتیب، فریم های متوالی که به روی صفحه نمایش می‌آیند، باعث میشوند که حس متحرک بودن و زنده بودن(مانند دنیای واقعی) به انسان دست دهد.


Refresh Rate

تعداد دفعاتی است که یک صفحه نمایش میتواند خود را به روز(Refresh) کند، یعنی تصویر جدید نمایش دهد و با Hz نمایش داده میشود.

-اگر Refresh Rate با Frame Rate کاملا یکسان باشد، بهترین حالت ممکن است و هر فریمی که به صفحه نمایش میرسد، در هر یک بار Refresh نمایش داده میشود و تصویر روان و بدون مشکل به انسان منتقل میشود.
-اگر Refresh Rate پایین تر از Frame Rate باشد، پدیده Tearing ممکن است رخ دهد، به این صورت که مقداری از فریم های پشت سر هم روی هم می‌افتند و تصویر به اصطلاح پاره میشود. این مشکل با فعال کردن Vertical Synchronization قابل حل است، که Refresh Rate و FPS را با هم منطبق میکند.
اگر Frame Rate پایین تر از Refresh Rate باشد، همان مشکل Screen Tearing ممکن است رخ دهد، بعلاوه احساس کندی که بسته به میزان فریم ریت، ممکن است کم یا زیاد باشد.


Frame Per Second

تعداد فریمی که GPU در یک ثانیه به تصویر میکشد، FPS نام میگیرد. هر چه قدر تعداد فریم در ثانیه بیشتر باشد، تصویر روان تر حس میشود. فیلم های امروزی معمولا 24 فریم بر هر ثانیه دارا هستند، ولی این در مورد بازی ها متفاوت است و هدف اصلی در بازی ها 60 فریم در ثانیه هست، یکی از دلایل اصلی آن نیز دخالت حس لامسه انسان در بازی هاست. در هنگام تماشای یک فیلم، تنها حس بینایی انسان درگیر است، اما هنگام تکان دادن موس و حرکت صفحه، با دستمان نیز دنیای بازی را حس میکنیم. هنگامی که فقط حس دیداری مطرح است، 24 فریم در ثانیه روان و بدون مشکل است(یعنی حدود 41ms برای هر فریم) و بالای 60 فریم نیز تقریبا غیر قابل تشخیص است. اما حس لامسه بسیار بسیار حساس تر است و تا 1000 فریم در هر ثانیه را نیز میتوان حس کرد(1ms برای هر فریم) و به شدت نیز در منتقل کردن حس روان بودن/نبودن اهمیت دارد. به همین خاطر است که بسیاری از تیک ها و همان احساس دلچسب نبودن یک بازی، فقط موقع بازی کردن خودشان را نشان میدهند، نه هنگام دیدن آن بازی. دقت داشته باشید که در این جا، حس لامسه و حس دیداری انسان به شدت به هم وابسته هستند.

در بنچمارک گیری، معمولا از 3 عدد برای بیان نتایج استفاده میشود:

Maximum Framerate: حداکثر فریمی که در یک ثانیه در طول زمان بنچمارک کسب شده. میتوان از آن در برخی موارد نتیجه گیری هایی کرد، اما هنگام دیدن یک بنچمارک و تخمین زدن میزان روانی یک بازی اهمیتی ندارد زیرا Maximum Frame معمولا در سبک ترین قسمت Benchmark رخ میدهد.

Average Framerate: میانگین فریم ریت در طول بنچمارک. معیار تقریبا مناسبی برای ارزیابی میزان روانی یک بازی هست، اما ایراداتی به آن وارد است که در پست بعدی به آن خواهم پرداخت.

Minimum Framerate: پایین ترین فریمی که در یک ثانیه در طول زمان بنچمارک کسب شده. به تنهایی نمیتواند معیار دقیقی برای ارزیابی باشد، اما با کمی توجه میتوان از آن نتیجه گیری های ارزشمندی کرد، بدین شکل که بنچمارک چند بار بر روی کارت های مختلف گرفته میشود و سپس مینیمم آنها با هم مقایسه میشود، اگر همگی در یک زمان مشخص مینیمم پایین داشته باشند که احتمالا ایراد از جای دیگریست(HDD، RAM، Game Engine و...) ولی اگر مینیمم ها متفاوت باشند دیگر بحث بهینگی و مدیریت منابع GPU/VGA مطرح است و این جا مینیمم فریم به فاکتور بسیار مهمی مطرح میشود، چون باعث تیک و ایجاد ناروانی میشود.
سنگینی پردازش، بارگذاری کند تکستچر ها، پر شدن کش قسمتی از GPU، وقفه در انجام Pipeline به دلیل Troughput پایین قسمتی از GPU یا دلایل دیگر، بارگذاری کند از VRAM و بسیاری دلایل دیگر میتوانند باعث مینیمم فریم پایین که دلیل آن GPU/VGA هست شوند.



ادامه دارد.