Сглаживание в играх: как работает и какое выбрать?

Проблемы с качеством изображения в видеоиграх могут возникнуть у любого геймера. Независимо от того насколько мощный у вас ПК. Хотя на старых «машинах» такое встречается все же чаще. В статье разберем, что такое V-sync и чем отличается от G-Sync или FreeSync.

Tearing

Разрывы кадров (известные также как тиринг, от англ. Tearing), словно некто порезал картинку в игре на части и неровно склеил, могут серьезно попортить нервы геймеру. Не дав вам возможности, не то что с головой погрузиться в игру, но и просто нормально ее пройти. Выглядит это так:

Чтобы понять, как бороться с разрывами изображения, нужно знать причину их появления. Тут все предельно просто — тиринг вызван отсутствием синхронизации работы видеокарты и монитора.  То есть видеокарта генерирует кадры с непостоянной частотой (это называется FPS, фреймрейт). Скорость создания новых кадров зависит от сложности 3D-сцены в видеоигре. Монитор же способен выводить кадры только с фиксированной частотой. Вот из этого несоответствия и рождаются разрывы изображения.

Если бы видеокарта по умолчанию успевала бы отрисовывать кадры перед отправкой их на монитор (как показано на схеме), то разрывы картинки канули бы в Лету. Но это недостижимая мечта.

Для плавной картинки, которую способно воспринимать человеческое зрение нужно минимум 25 к/с, иначе задержки становятся видны невооруженным глазом. Например, у вас монитор с частотой обновления 60 Гц (60 к/с). И слабенькая видеокарта, которая не справляется с генерацией кадров. Она не поспевает за монитором — тот обновляет картинку быстрее, чем видеокарта обрабатывает новые сцены. Поэтому, вместо нового целого кадра, который видеочип не успел создать полностью, монитору приходится показывать половину нового и половину старого кадра. Это и есть разрыв изображения.

Понятно, что эта конкретная проблема вызвана программной стороной медали. Поэтому и исправлять ее мы будем тоже программно.

Лесенка в небо и способы её сглаживания

Да, сегодня мы поговорим о сглаживании в играх и одновременно способах повышения резкости и чёткости изображения.

Ранее мы уже рассказывали, что одним из вариантов сделать картинку более интересной, станет переход на более высокое разрешение. Сменив монитор на тот, что нативно работает в QHD или UHD, вы увидите, насколько серьезно дизайнеры сегодня прорабатывают игровые миры. Да и просто, насколько ваша любимая игра красива, но это не всегда можно увидеть, если ограничены малым количеством точек разрешения.

Второй момент, который добавляет красоты – сглаживание. Те самые лесенки можно узреть, поражающими различные диагональные линии или просто контуры объектов.

Против них можно выбрать различные методы сглаживания в настройках графики конкретной игры. Частоиспользуемых вариантов существует несколько. Здесь, как водится, у каждого есть свои плюсы и недостатки. Некоторые убирают лесенки, но несколько замыливают изображение. Другие же сохраняют почти изначальную резкость и детализацию, но при этом требуют значительных вычислительных возможностей вашей видеокарты, тем самым влияя на выдаваемый итоговый fps. А играть хочется и плавно, и красиво. Здесь-то и выходит на сцену новая технология от NVIDIA – DLSS 2.0.

Зачем нужно сглаживание в играх?

Строение экрана монитора представляет из себя матрицу квадратных пикселей. Несложно догадаться, что в таком случае идеально правильными будут отрисовываться только горизонтальные и вертикальные линии. Как только компьютер попытается отрисовать наклонную линию — появляется зубчатость пикселей.

Эту проблему можно решить приобретением монитора с бОльшим разрешением. Скорее всего, если у вас не современная видеокарта, то придётся обновить и её. Но такой вариант устроит далеко не каждого.

По этой причине разработчики добавляют в свои игры технологию сглаживания. Она была придумана ещё в 1972 году, но популярность в игровой индустрии начала набирать только спустя несколько десятков лет. Суть сглаживания заключается в том, чтобы закрасить соседние от зазубренности пиксели в промежуточный цвет (или градиент цветов). В таком случае переход будет казаться не таким резким, тем самым сглаживая границу.

Примечание Сглаживание применяется не только в играх, но и в интерфейсах программ и даже просто в операционных системах. Помимо изображений, алгоритм обрабатывает и текст, делая маленький шрифт более читаемым.

Добиться сглаживания можно разными способами. Ниже перечислены 8 основных и популярных алгоритмов сглаживания, однако в играх могут попасться и другие типы.

Хорошая технология DLSS 2.0, но чем же она хороша?

NVIDIA для сглаживания при включённой настройке DLSS активно использует нейросети и собственные иные алгоритмы обработки изображения, с помощью которых удалось достичь того самого двойного эффекта: повышения общей красоты кадра и повышение частоты кадров.

Напомним, что DLSS 2.0 доступна только владельцам видеокарт серии RTX. Использовать её можно даже на начальных картах серии RTX (2060/2060 Super). Там эффект будет максимально заметен.

В современных играх DLSS обычно идёт отдельной опцией. Её активация отключает использование других режимов сглаживания. При этом у DLSS окажется Три профиля на выбор: «Perfomance», «Balanced» и «Quality».

Из названий понятно, что «Quality» направлен на то, чтобы выжать из видеокарты максимум всего: самое высокое качество изображение и максимальный fps. Но если у вас не флагманская 2080 Ti, есть смысл опробовать также «Perfomance», который ориентирован на то, чтобы выдать максимальную плавность игры, при этом слегка жертвуя детализацией. Впрочем, на наш взгляд это не страшно, так как в играх большую часть времени вы находитесь в динамике, и заметить незначительное снижение детализации, которое происходит при переключении от «Quality» к «Performance» очень сложно. Мы проверяли этот момент на недавно вышедшей игрушке Death Stranding, чтобы убедиться, что магия NVIDIA действительно работает, и сделали несколько скриншотов, чтобы показать это вам.

MLAA (MorphoLogical Anti-Aliasing)

Этот тип сглаживания является аналогом FXAA от Intel. Алгоритм работает после финальной отрисовки кадра, поэтому может выполняться уже не на видеокарте, а на центральном процессоре. Это позволяет существенно снизить нагрузку на видеокарту.

MLAA определяет места с резким переходом цветов по 3 разным паттернам: Z, U и L. Потом участок градуируется по цветам по заранее заданным алгоритмам, свойственным каждому из паттернов.

В двух словах, как этого достигли

Векторы движения сообщают, в каком направлении объекты перемещаются от кадра к кадру. Эти векторы можно применить к предыдущему кадру в высоком разрешении, ранее созданном нейросетью, чтобы повысить разрешение текущего кадра.

То есть при запуске игры в UHD, видеокарта рендерит кадр в разрешении вдвое меньшем, а затем опираясь на информацию о векторах перемещения объектов нейросеть достраивает кадр до UHD. При этом сеть натренирована на на суперкомпьютере с низкой частотой смены кадров в разрешении 16К.

TXAA/TAA (Temporal Anti-Aliasing)

Этот тип сглаживания, разработанный Nvidia, не только борется с зазубринами пикселей, но и устраняет ненужное дрожание объектов.

Первая проблема решается соединением и оптимизацией двух типов сглаживаний: MSAA и SMAA. С дрожанием алгоритм борется с помощью анализа нескольких предыдущих кадров. Поэтому этот тип ещё называют временным сглаживанием (так как он анализируют кадры, которые были некоторое время назад).

Такое сглаживание отлично работает при статичном или почти статичном изображении. Как только сцена становится динамичной, алгоритм начинает потреблять много ресурсов. К тому же, могут начать появляться артефакты, вызванные остаточным изображением прошлых кадров.

DSR (Dynamic Super Resolution)

Сглаживание тоже прямиком от Nvidia. Алгоритм похож на SSAA. Разница в том, что DSR просто запускает игру в бОльшем разрешении экрана. После этого, как и SSAA, он отрисовывает кадр, а затем уменьшает картинку до оригинального разрешения.

Из вытекающих преимуществ: вы сможете делать 4К скриншоты на Full HD мониторе, например. Однако, если игра не до конца оптимизирована под этот тип сглаживания, то интерфейс игры и чувствительность мыши могут уменьшиться, так как по сути вы играете на разрешении большем, чем у вашего монитора.

Артефакты изображения

С разрывами, подергиваниями и подвисаниями, связанными с проблемами вывода кадров с видеокарты на монитор разобрались.  Все остальные неприятности, вызванные другими причинами — это артефакты изображения.

Они представляют собой различные искажения картинки. Это не разрывы кадра.  Чаще всего полосы на экране, точки, квадратные и прямоугольные скопления, фантомы и другие искажения. Отметим, что неполадки должны наблюдаться именно во время запуска игр или других «тяжелых» графических приложений, нагружающих видеокарту. Если точки на мониторе висят постоянно, то это битые пиксели. Не перепутайте!

Вот здесь на скриншоте явно не артефакт изображения:

Артефакты изображения могут иметь программное или аппаратное происхождение (как показывает практика, чаще всего второй вариант).

Что можно сделать, чтобы избавиться от артефактов программно:

1. Снизить качество графики с «Ультра» до  «Низких». Это логично, если видеокарта не справляется с нагрузкой и греется, нужно ее уменьшить.
2. Обновить драйвера видеокарты, а также другие необходимые для игры программы — DirectX, библиотеки Visual C++ и .Net Framework. Обычно при установке игры и активном интернет-соединении все вышеперечисленное устанавливается  автоматически.
3. Откатить драйвера видеокарты и обновления Windows до предыдущей версии. Это обратная сторона медали — бывает, что забагованное обновление ломает стабильную работу системных приложений, вызывая артефакты изображения в играх.
4. Провести диагностику видеопамяти. Если найдены ошибки, снижаем тактовую частоту видеочипа и тестируем снова. Снижение частоты особенно актуально для разогнанных видеокарт. Да, это снизит ее производительность, но продлит срок службы и избавит от артефактов. Для этих целей можно воспользоваться программой VMT.

Проблема может крыться и в самой игре. Скачали пиратский репак — получили проблему с изображением. Крайне редкое явление, но может случиться. Тут поможет установка другой версии игры.

Большинство аппаратных проблем, вызывающих артефакты изображения, своими руками решить невозможно. Просто перечислим их для развития кругозора:

• Физическое повреждение видеокарты. На глаз определить сложно (если вы не специалист). Например, вздувшиеся конденсаторы заметить можно, (они видны далеко не на всех видеокартах), а вот  отслоение графического чипа вы вряд ли заметите.
• Недостаток питания. Мощные видеокарты требуют дополнительного питания. Вставить ее в слот на материнке одно, другое — нужно дополнительно подключить к блоку питания. И может оказаться так, что новую видюху старый БП просто не тянет. Чаще всего видеокарта просто откажется работать, но функционирование вполсилы с артефактами потенциально возможно.
• Неисправность материнской платы или центрального процессора. Могут вызывать проблемы с изображением, только если видеокарта встроенная. Последние — для гейминга не лучший вариант, но для старых игр — вполне сгодятся.

Единственный момент, который можно исправить самостоятельно — это если искажения возникают из-за перегрева видеокарты (проверяем температуру специальной программой, например Everest). Можно почистить ее от пыли, заменить термопасту или поменять систему охлаждения на более мощную.

Но и здесь стоит понимать, что если графический процессор устаревший и не справляется с современными играми, то хоть лед к нему приложите (так делать точно не стоит) — кардинально ситуацию это  не исправит.

В случае возникновения подозрения, что шалит именно «железо», несем его в специализированный сервисный центр.

Какое сглаживание выбрать в игре?

Если вы — владелец мощного игрового компьютера, а в настройках графики видите SSAA-сглаживание — без раздумий выбирайте его. Но если вы переоценили силы вашего ПК, и такое решение сильно ударило по частоте кадров, то попробуйте найти SMAA или TXAA (TAA).

Если ваш компьютер более бюджетный, всегда есть варианты использования FXAA, MLAA или MSAA.

К тому же, кроме экспериментов с типом сглаживания, можно пробовать изменять степень сглаживания (если такое предусмотрено разработчиком).

***

Итак, из этой статьи вы узнали много разных наборов букв. Проверьте, получилось ли у вас что-то запомнить.