Teoria: 1080p30 vs 720p60 - pode a nova geração deixar-nos escolher?

O Digital Foundry fala sobre porque é que trocar pixeis por rácio de fotogramas não é tão direto quanto parece.

É um pensamento intrigante. Com tantos jogos de nova geração com alvos nos 1080p a 30 fotogramas por segundo, porque não oferecer aos jogadores a opção de jogar antes a 720p60? Afinal de contas, a capacidade para trocar pixeis por fotogramas há muito é parte da experiência PC - e tanto a Xbox One como a PlayStation 4 são baseadas em núcleos CPU x86 e arquitetura gráfica Radeon GCN.

O conceito de resolução vs. rácio de fotogramas é baseada numa ideia simples: reduzir a taxa de preenchimento GPU - a quantidade de pixeis desenhados - liberta poder suficiente para processar mais rapidamente os fotogramas, resultando numa gameplay mais suave, geralmente com comandos mais precisos e de menor latência. Como todos sabem, as reduções na resolução foram uma ferramenta principal para os estúdios colocarem os jogos XO a correrem em níveis similares aos equivalentes PS4, portanto é claro que o que funciona no PC pode funcionar numa consola.

No entanto, a relação entre pixeis e fotogramas não é tão simples quanto muitos pensam. A taxa de preenchimento de pixel não é de forma alguma o único factor a limitar o rácio de fotogramas - gargalos ocorrem em muitos pontos diferentes em qualquer motor, dentro ou fora da GPU. Também é importante realçar que não existe relação linear entre contagem de pixeis e rácio de fotogramas - a resolução é apenas um elemento da combinação. De forma simples, não existem garantias que um jogo que aponta para os 1080p30 também possa correr a 720p60. Sério, mesmo se o problema da taxa de preenchimento for corrigido ao baixar a resolução, existem muitas probabilidades que encontres outro gargalo no processamento antes de chegar aos ideais 60fps.

Cada fotograma renderizado conta com uma quantidade fenomenal de processamento pela tua consola. Por exemplo, certos elementos do processo - tais como cálculos para geometria - são fixos independente da resolução, enquanto algumas variações no rácio de fotogramas podem não estar relacionadas com a taxa de preenchimento sequer, mas talvez devido à carga no vértice de shading ou engarrafamentos dentro do processador de comandos da GPU. Passar para fora do núcleo gráfico, a situação torna-se ainda menos clara. Pode ser que o tempo de CPU disponível seja muito limitado para criar o rácio de fotogramas mais suave que procuras.

"Battlefield 4 nas consolas de nova geração é um bom exemplo de como reduzir a resolução aumenta o rácio de fotogramas - mas suspeitamos que isto foi apenas o início de um esforço para otimizar."

A performance de Battlefield 4 na XO e PS4 - um claro exemplo da troca de pixeis vs rácios de fotogramas. Ambas as versões têm um alvo de 60fps, mas reduzem a resolução de acordo para isso acontecer, a consola Microsoft corre a 720p enquanto a PS4 opera a 900p.

Pensem nos comentários sobre o equilíbrio de equipamento feito por um dos Programadores Secretos no ano passado. A forma como os jogos geralmente funcionam é que a CPU simula a cena, enquanto a GPU a renderiza. Colocar um alvo de 30fps significa que tanto a CPU como a GPU têm 33ms para completarem as suas tarefas - um luxo comparado com os 16ms de um jogo 60fps.

Baixar de 1080p para 720p pode muito bem ajudar a libertar na parte gráfica da equação, mas não existem quaisquer garantias que a CPU irá conseguir a simulação do próximo fotograma a tempo. Isto cria uma barreira, significando que no pior cenário possível, ao invés de um rácio de fotogramas mais suave tudo o que terás conseguido é menos utilização da GPU e uma imagem de menor resolução menos atrativa. Nós até vimos isto em ação no artigo Digital Foundry PC, que com o tempo provou ser mais apto para oferecer 1080p30 do que era para conseguir 720p60 fixos - visto de forma mais proeminente quando testamos Spec Ops: The Line. Apostamos que uma simples mudança, não otimizada, de 1080p30 para 720p60 nas consolas de nova geração iria produzir resultados variáveis similares em muitos casos.

Isto é na verdade um problema real nas consolas de nova geração, pois os seis núcleos CPU disponíveis aos programadores não são exatamente poderosos. A arquitetura Jaguar da AMD foi criada com portáteis de baixa gama e tablets em mente - simplesmente o rácio entre consumo de energia e espaço de silício vs. performance fez com que fossem um bom par para as novas consolas. A típica GPU que vai para um PC de jogos é muito mais capaz em termos de processamento em bruto, portanto é compreensível porque é que a troca entre pixeis vs fotogramas funciona com mais frequência aqui - existem muitos mais recursos por utilizar na CPU.

Para ilustrar, vamos recuperar algumas imagens da galeria de performance que apresentamos na nossa análise ao Core i7 4770K, onde comparamos o chip Haswell contra o predecessor Ivy Bridge ao correr jogos nos níveis ultra a 720p numa GeForce GTX 780, e com a anti-aliasing, que consome muitos recursos, desativada.

"Uma razão para o PC se dar tão bem para ganhar rácio de fotogramas ao descer a resolução está no poder de sobra encontrado numa CPU moderna para jogos, eliminando um potencial enorme gargalo."

Sendo cada vez menos provável que a parte GPU da equação cause um potencial gargalo e com a simulação de jogo completamente desbloqueada, tens uma ideia de quanto poder CPU latente existe num PC com boas especificações, em Battlefield 3, Tomb Raider e BioShock Infinite fomos capazes de correr em rácios de fotogramas até 200fps. A este respeito, comparar o efeito de uma redução na resolução no PC com um potencial resultado na consola pode não ser uma representação justa do aumento que terias na verdade - o tempo CPU é uma comodidade muito mais preciosa na PS4 e XO.

O desenvolvimento de jogos para consolas resume-se à gestão inteligente dos recursos, tirando mais de equipamento relativamente modesto através do controlo completo da experiência pelo programadores, portanto se o controlo do utilizador sobre a taxa de preenchimento não for uma ideia particularmente boa, e se o pessoal técnico ficar encarregue disto? Killzone: Shadow Fall do Guerrilla Games é um bom exemplo disto.

Na campanha, o jogo corre a 1080p com um rácio de fotogramas livre (apesar de ter sido introduzida a opção de bloquear a 30fps numa recente atualização), mas é uma história completamente diferente no multi-jogador. Aqui o Guerrilla Games optou por 960x1080, perseguindo um refrescamento a 60fps. Em vários clips, vemos o jogo a apresentar uma média de 50fps no multi. Faz uma diferença palpável, mas não é provavelmente o tipo de melhoria que irias esperar ao cortar a taxa de preenchimento para metade.

"O multi de Shadow Fall corre a 960x1080 com uma conversão de resolução temporal de alta qualidade e reduzida a taxa de preenchimento mas ainda assim não estamos a 60fps."

O modo multi de Killzone: Shadow Fall tem uma média perto dos 50fps - existe um aumento no rácio de fotogramas ao reduzir a resolução de renderização interna mas não é nem de longe uma troca direta entre contagem de pixeis e rácio de fotogramas..

Agora, existem alguns fatores mitigadores aqui. Shadow Fall usa um entrelaçamento horizontal, todas as colunas de pixeis geradas usam uma conversão de resolução temporal - a informação dos fotogramas renderizados anteriormente é usada para ligar as falhas. O facto que poucos repararam que está presente qualquer conversão de resolução diz muito da sua qualidade, e podemos presumir com quase toda a certeza que este efeito não é barato de uma perspetiva computacional. No entanto, ao mesmo tempo também confirma que uma enorme redução na taxa de preenchimento não é garantia de chegar aos 60fps. A sério, o multi de Shadow Fall tem um rácio de fotogramas altamente variável - mesmo apesar da probabilidade do ganho na taxa de preenchimento e a conversão de resolução temporal darem e tirarem quantidades fixas de tempo GPU. Seja o que for que impede Killzone de chegar aos 60fps não se deve à taxa de preenchimento dos pixeis, e baseado no que aprendemos na na nossa viagem a Amesterdão no ano passado, estamos bem confiantes que também não é a CPU neste caso.

No final do dia, os programadores querem que os jogadores tenham a melhor experiência, e arrancam com uma visão fixa de como o jogo a correr torna a otimização, QA e todo um conjunto de outras cenas de bastidores do desenvolvimento mais fáceis. Otimizar para um alvo fixo faz muito mais sentido, especialmente em jogos multi, onde todos estão no mesmo nível de jogo. A sério, se um modo de melhorar e transformar radicalmente o jogo pudesse ser implementado facilmente, temos a certeza que já o teríamos visto. Curiosamente, na anterior geração, vimos um pequeno número de jogos de consola com opções ajustáveis para a performance, mas na maioria dos casos as definições padrão produziram melhores resultados.

Por exemplo, os jogos BioShock permitiram ao jogador desbloquear o rácio de fotogramas. Isto aumenta imenso a resposta do comando, mas introduz screen-tear constante que domina a apresentação, enquanto os rácios de fotogramas são tão variáveis que a consistência perdida na experiência é palpável. No resto, vimos opções para ligar a v-sync nos jogos Saints Row e Alan Wake's American Nightmare. Na teoria, é uma boa funcionalidade para incluir, mas na prática acertar na v-sync em jogos sub-30fps é mesmo difícil. A nível geral, pensamos que se os 60fps são muito mais importantes para ti do que para o programador, talvez seja hora de pensares em mudar de plataforma.

"Anteriores opções gráficas relacionadas com a performance foram limitadas nas consolas, as definições padrão geralmente ofereciam a melhor experiência."

BioShock Infinite na PS3 usa a v-sync adaptável padrão da consola na sua configuração 'stock', fixando a 30fps com tearing abaixo disso. Desbloquear o rácio de fotogramas apresenta tearing sempre presente, e um rácio de fotogramas altamente variável, mas a resposta dos comandos fica mais firme. Ajustes na performance nas consolas raramente melhora a experiência, e geralmente matam a consistência.

A beleza do PC gaming é que podes configurar equipamento e programas para ir ao encontro das tuas expetativas para a performance nos jogos. Em muitos casos, isto funciona lindamente - desde que tenhas poder suficiente para ultrapassares as limitações do motor e jogo. No entanto, onde isto não é o caso, otimizar o esquema gráfico para o teu sistema em específico pode ser uma experiência altamente frustrante, e atrevemos sugerir que há muito que deveria ser repensado.

Pensem em Crysis 3. Os primeiros dois níveis do jogo colocam exigências loucamente diferentes no teu sistema: o tempo gasto a otimizar a experiência através de uma cuidada gestão das definições numa área de um nível pode contabilizar uma total perda de tempo quando descobres que a carga GPU pode aumentar imenso logo a seguir, ou a passar de um nível para o outro. Os ecrãs de opções gráficas também são um pouco impenetráveis pois não temos qualquer indicação real da carga GPU que qualquer opção incorre sobre quanto perdemos ou ganhamos visualmente ao ajustar a definição. Adicionalmente, nunca sabemos onde os gargalos podem acontecer em qualquer cena.

Acima disso, frequentemente existem casos onde - segundo sabemos - a pobre otimização PC simplesmente não pode ser ajustada ou corrigida. Peguem nas versões PC de Assassin's Creed IV ou Call of Duty: Ghosts. Devemos presumir que o nosso atual sistema de jogos - um Core i7 a correr a 4.3GHz juntamente com uma Radeon R9 290X - deve ser capaz de correr estes jogos a 1080p60 fixos. Mas não acontece, apesar de muito tempo a ajustar as opções.

"Para nós, introduzir as definições gráficas PC às consolas não é uma boa ideia. Ao invés disso, pensamos que calibrar os jogos para uma gameplay PC suave precisa ser seriamente repensado."

Porquê? Não sabemos - não temos informação sobre quais os gargalos aqui. O que nos dava jeito aqui ao invés de uma quantidade de opções gráficas sem contexto é uma pequena série de 'salas' de calibração baseadas nas áreas mais intensivas para a CPU e GPU do jogo, onde as combinações de definições poderiam ser testadas em tempo real. Uma opção de calibração 'auto' que corre por estas cenas seria mesmo útil, juntamente com limitadores para o rácio de fotogramas - tal como Killzone: Shadow Fall - para uma experiência mais consistente. Similarmente - suporte in-game para v-sync adaptável (misteriosamente apenas disponível nas GPUs Nvidia, e mesmo assim enterradas no painel de controlo) também seriam bem-vindas.

Tendo em conta a nossa preferência para jogos a 60fps, compreendemos a frustração que alguns jogadores podem ter com os jogos de nova geração a correrem a metade do rácio de fotogramas ideal - mas agora são conhecidas as especificações das novas consolas, portanto é compreensível porque é que os estúdios continuam a seguir a rota dos 30fps, e não é apenas sobre os pixeis. Igualmente, apesar das matemáticas por detrás da possível opção 720p60 vs 1080p30 parecerem claras, a realidade é que baixar a resolução apenas te leva até determinado ponto para alcançar os 60fps.

No espaço PC, um vasto conjunto de opções está disponível para os jogadores definirem a experiência às suas expetativas, mas isto é tanto sobre investigar somas significantes de equipamento quanto é sobre a gestão cuidadosa das definições e mesmo assim, os resultados podem não agradar. Estamos atualmente a trabalhar no nosso PC Digital Foundry de "nova geração", e esperamos trazer-te os resultados na próxima semana. Mas uma coisa é clara nos nossos testes preliminares: igualar a qualidade das consolas de nova geração não é difícil nem particularmente dispendioso. Mas em vários casos chave, alcançar uma experiência 1080p60 significativamente superior e verdadeiramente transformadora não é tão direto quanto possas pensar...

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Sobre o Autor

Richard Leadbetter

Richard Leadbetter

Technology Editor, Digital Foundry  |  digitalfoundry

Rich has been a games journalist since the days of 16-bit and specialises in technical analysis. He's commonly known around Eurogamer as the Blacksmith of the Future.

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