что значит синхронизация кадров в играх
Разбираемся, что такое G-Sync, FreeSync, V-Sync и нужны ли они вообще
Связь видеокарты с монитором и её проблемы
В идеальном случае эти два отрезка времени должны быть равны — тогда, когда на мониторе закончится старый кадр, к нему подоспеет новый кадр и они плавно пойдут друг за другом, не создавая проблем. Но видеокарта может «обгонять» монитор.
И тут необходимо понимать, что мониторы работают с определёнными частотами обновления — количеством обновления кадров в секунду. Измеряется частота обновления в герцах. Мониторы с 60 Гц обновляют картинку 60 раз за секунду, 144 Гц — 144 раза за секунду.
Возвращаясь к видеокарте и монитору — значение кадров в секунду, выходящих из видеокарты, плавает, и может быть как меньше 60, так и больше. Оба случая приводят к проблемам.
Обратный вариант: видеокарта рендерит больше кадров в секунду, чем способен показать монитор. Это приводит к тому, что на мониторе может появиться сразу несколько кадров.
Подобные разрывы бросаются в глаза, и их частое появление может вызвать тошноту, боль в глазах или головокружение. В таком случае речь идёт не просто о плавной игре, но и о здоровье человека, потому борьбе с подобным уделено большое внимание. Ниже рассмотрены методы синхронизации видеокарты и монитора, которые позволяют избавиться от подобных проблем.
Вертикальная синхронизация — дёшево и сердито
Тем не менее, не решается проблема и с кадрами, которые рендерятся дольше и из-за которых видеокарта выдаёт в секунду меньше, чем может показать монитор. Потому что V-Sync в таком случае сокращает число выводимых кадров до кратного частоте монитора. Например, если у вас монитор с 60 Гц, а видеокарта выводит 55 кадров в секунду, то V-Sync срежет выводимое число кадров до 30, чтобы картинка шла плавнее. В результате FPS падает и ощущения становятся ещё хуже.
Адаптивная синхронизация — старший брат V-Sync
Однако на практике подобный метод помогает не всегда и проблемы вертикальной синхронизации всё ещё могут встречаться.
G-Sync — дорого, но эффективно
Убирая все минусы вертикальной синхронизации (статтеринг, разрыв изображения, задержку управления), G-Sync является очень хорошим вариантом. Но, вместе с этим, очень дорогим, так как G-Sync работает только на мониторах с предустановленным чипом от Nvidia и требует повышенной мощности.
FreeSync — упрощённая G-Sync
Однако свои отличия есть. Если G-Sync продолжает работать по этому принципу на низких FPS, мониторы с FreeSync начинают использовать «традиционные» методы синхронизации, возвращая старые помехи — и статтер, и разрыв изображения, и задержку управления.
Но если G-Sync использует свой собственный чип, FreeSync работает на DisplayPort — уже разработанной до этого технологии. Говоря кратко: для FreeSync тоже нужен специальный монитор, но FreeSync-монитор будет дешевле монитора с G-Sync.
VRR и совместимость FreeSync с G-Sync
Это значительно расширяет список подходящих мониторов, а также даёт шанс, что любой монитор сможет работать с G-Sync.
Почему не стоит включать VSync: лучшие настройки графики
Функция синхронизации VSync позволяет повысить стабильность изображения, но при этом вам решать — активировать или деактивировать эту опцию. Мы объясним, как включить или выключить VSync и почему во многих случаях лучше отказаться от нее.
Включить или выключить VSync: что дает эта графическая опция
VSync (вертикальная синхронизация) — это настройка видеокарты или монитора, которая может ограничить частоту кадров. При этом настраивается вертикальная синхронизация. Таким образом, изображение воспроизводится без каких-либо разрывов, так называемых Tearings. Практически во всех играх вы можете включать или выключать эту функцию, обычно VSync включена по умолчанию.
Если VSync активна, ваша видеокарта синхронизируется с монитором. Соответственно, FPS уменьшаются до частоты обновления вашего монитора. При частоте 60 Гц ваша видеокарта также переключает FPS на максимум 60 Гц. Это позволяет избежать графических ошибок и сделать изображение более четким.
Тем не менее, этот параметр обычно требует некоторой вычислительной мощности компьютера. Например, если ваша игра работает со скоростью 80 кадров в секунду или более без VSync, хотя ваш монитор способен лишь на 60 кадров в секунду, могут возникнуть графические ошибки (те самые разрывы Tearings). Если вы активируете VSync, ваш компьютер уменьшит число FPS до 60 и будет своевременно отображать все элементы изображения на экране.
В каких играх стоит активировать VSync
VSync — это значимое дополнение, которое может сделать картинку игры значительно более плавной. В этом кроется основная причина, по которой такая функция включена по умолчанию. Существует несколько поводов для активации VSync:
Почему стоит выключить VSync
Несмотря на то, что VSync поможет стабилизировать изображение и устранить ошибки, есть довольно много причин, которые говорят против активации этой функции.
Какой fps вам нужен?
Современный геймер очень часто наслышан о существовании такого понятия как fps (“frames per second”/кадров в секунду), но недостаточно хорошо разбирается в том как частота кадров влияет на игровой процесс.
Действительно ли оправдана неограниченно высокая частота кадров? Есть ли смысл в том, чтобы она превышала частоту обновления монитора?
Портал Techspot попытался разобраться и получить ответ на этот, несомненно насущный, вопрос.
Подробнее о частоте кадров
С такой разницей в скорости рендера отдельных кадров, возникает разброс и в отправке отрендеренных кадров на монитор. Кадр попадает на дисплей как только полностью отрендерится при выключенной вертикальной синхронизации, а при включённой синхронизации дисплей сначала полностью обновляется и лишь потом отправляет новый кадр.
Выключенная вертикальная синхронизация, “Vsync off”
Разрывы
В зависимости от того, что конкретно изображено на экране, разделение на старые и новые кадры в одном цикле обновления, представляет собой разрыв или же видимую линию между старым и новым кадрами. Обычно это наиболее заметно в динамичных сценах, где между двумя кадрами есть значительная разница.
Включённая вертикальная синхронизация, “Vsync on”
Подробнее о включенной вертикальной синхронизации
Впрочем, с вертикальной синхронизацией есть две проблемы.
Если видеокарта не успевает отрендерить кадр… все тормозит
Включенная вертикальная синхронизация на 60 Гц-дисплее при 200 кадрах в секунду
Теперь перейдем ко второй проблеме, которая проявляется, если ваша видеокарта, наоборот, очень быстрая и может рендерить кадры со скоростью большей, чем частота обновления монитора. Скажем, карта может выдать 200 кадров в секунду, тем самым выдавая по кадру каждые 5 мс, если, конечно, у вас не 60 Гц дисплей с “окном” обновления в 16.7 мс.
С включённой вертикальной синхронизацией ваша видеокарта создаст следующий кадр за 5 мс, но затем наступят 11.7 мс ожидания следующего цикла обновления второго буфера, а значит и отображения кадра на мониторе для старта работы над следующим кадром. Поэтому с включённой вертикальной синхронизацией количество кадров в секунду не будет превышать частоту обновления монитора, поскольку видеокарте отдается команда проводить рендер не быстрее частоты обновления.
А вот тут и начинается путаница.
Это рассуждения довольно логичны и отчасти правдивы, но лишь отчасти. А всё потому, что при этом не учитывается время обработки команд и то, сколько времени нужно для их отображения на дисплее.
Включенная синхронизация и команды
Чтобы объяснить, что при этом происходит, давайте рассмотрим диаграмму синхронизации, на которую наложим диаграмму команд, поступающих с клавиатуры и мыши (обычно записываются каждую 1 мс). И давайте снова обратимся к примеру, в котором наша видеокарта может рендерить 200 кадров в секунду,а частота обновления дисплея составляет 60 Гц.
На этом простом графике изображена включенная синхронизация и простая буферная система. Видеокарта начинает рендерить кадр сразу после того, как была получена команда с мышки. Затем проходят 5 мс, за которые рендерится кадр, и остаётся 11.7 мс простоя перед тем, как кадр отправляется в буфер дисплея.
Затем дисплею нужно немного времени на получение кадра, чтобы его отрендерить и физически отобразить на дисплее, линия за линией.
Даже в самом лучшем случае у нас будет задержка, как минимум, в 16.7 мс между введёнными командами и отображением результатов этих команд на дисплее.
Принимая во внимание задержку в выводе команд, время обработки процессора и т.д., задержка между вводом команд и частотой обновления монитора запросто может превышать 50 мс.
Выключенная вертикальная синхронизация с командами, дисплей 60 Гц, 200 кадров в секунду
И вот так вы сможете получить преимущество. В данном случае, при игре на 200 кадрах в секунду, выключенная вертикальная синхронизация на 60-герцовом мониторе, даст результат задержки ввода всего лишь в 5 мс, а с включённой синхронизацией эта задержка достигнет 16.7 мс, если не больше.
Пусть дисплей и не в состоянии отобразить все 200 кадров в секунду, он отображает команды ближе ко времени к заявленным 1/60 секунды, необходимым для их записи.
Этот феномен, разумеется, применим и к мониторам с высокой частотой обновления дисплея. На 144 Гц, например, вы сможете увидеть намного больше кадров в секунду, а следовательно, игра на них в целом будет более плавной. И даже на подобном мониторе, 200 кадров в секунду с выключенной вертикальной синхронизацией обеспечат вам 5 мс отклика ввода вместо 7 мс, которые вас ждут при включенной синхронизации.
А теперь, раз уж мы заговорили о разнице в миллисекундах, вам наверняка интересно заметна ли она в играх.
В обоих случаях на дисплее новый кадр будет появляться 60 раз в секунду, однако на мониторах с частотой 144 Гц или 240 Гц игра будет казаться плавнее. Стоит отметить, что разница в задержке ввода команд огромная: на 400 кадрах в секунду задержка в 7 раз ниже. Протестируйте эти мониторы сами и вы гарантированно заметите разницу.
Fast Sync создаёт дополнительный буфер для вертикальной синхронизации под названием “последний отрендеренный буфер”. Это позволяет видеокарте продолжать рендерить новые кадры, которые будут попадать в него по мере готовности. Затем, во время обновления дисплея, последний отрендеренный буфер перемещается в передний буфер, к которому у дисплея есть доступ.
Fast Sync / Enhanced Sync
Главный козырь данных технологий заключается в том, что видеокарта больше не простаивает после рендера нового кадра в ожидании обновления дисплея, как это происходит в случае с включённой вертикальной синхронизацией. Вместо этого карта беспрерывно продолжает рендерить, в результате чего новые кадры выходят ближе к началу цикла обновления. Так уменьшается задержка ввода. Однако, отличие от выключенной вертикальной синхронизации, Fast Sync отправляет законченный кадр на дисплей в начале каждого цикла, вместо отправки кадра на дисплей сразу же, из-за чего исчезает проблема разрыва кадров.
Надеемся, что эта статья смогла ответить на часть ваших вопросов вроде того, почему игра на частоте кадров выше частоты обновления вашего монитора, кажется более чуткой к командам или почему полезно запускать игры на высокой частоте кадров, даже если кажется, что ваш монитор не может отразить эту “полезность”.
И напоследок, маленькое замечание: мы не рассматривали технологии адаптивной синхронизации вроде G-Sync и FreeSync поскольку говорили о запуске игр на частоте кадров выше частоты обновления монитора, а адаптивная синхронизация работает совершенно по-другому и не особо важна в контексте этой статьи.
VRR — что такое «адаптивная синхронизация частоты кадров»?
Содержание
Содержание
Геймеры бывают разные: одним важен сюжет, а графика остается на втором плане, другие готовы отдать все, чтобы выжать из компьютера как можно больше заветных кадров в секунду. Но, как активно и часто они ни улучшают для этого игровую систему, визуально не все оказывается гладко: как ни крути, в играх остаются разрывы изображения. Производители нашли, как это исправить — при помощи технологий адаптивной синхронизации кадров, например, VRR. Разберемся, что это такое и чем отличается от остальных технологий.
Представим, что монитор включается и выключается шесть раз в секунду, то есть, работает с частотой 6 Гц. За это время видеокарта успевает подготовить шесть кадров. Они работают синхронно: каждый кадр отображается ровно в момент включения дисплея, поэтому на экране показывается вся информация без изменений. Если видеокарта способна подготовить за тот же промежуток времени не шесть, а семь кадров, то монитор с частотой развертки 6 Гц не сможет отобразить все отрисованные кадры в правильном порядке, но кое-как попытается это сделать. Так как один кадр всегда остается лишним, в какой-то момент на дисплее окажется изображение, составленное из двух кадров, наложенных друг на друга.
Это явление известно как «тиринг». Оно проявляется независимо от мощности процессора, видеокарты, а также «крутости» телевизора и монитора. В результате постоянного «подселения» лишних кадров к тем, которые попали по адресу во время включения монитора, в непрерывном геймплее возникают сдвиги и разрывы. Чтобы исправить это и вернуть игровому процессу плавность, производители придумали технологии синхронизации частоты кадров. Среди уже известных способов, которые мы обсуждали в отдельном материале, есть и совсем новые — например, VRR.
Вспомним основные технологии:
V-Sync — программный способ синхронизации кадров. Технология поддерживается на уровне софта, поэтому может быть включена в любой игре и любом проекте. Принцип работы прост до безумия: драйвер считывает частоту обновления монитора и ограничивает количество кадров, выдаваемых видеокартой, до этого значения. Например, при частоте развертки монитора 60 Гц вертикальная синхронизация ограничит график кадров на отметке 60 fps. Для большинства игровых задач этого достаточно: разрывы исчезают, картинка становится плавной.
Безупречная работа этой функции продолжается ровно до тех пор, пока видеокарта способна обрабатывать необходимое количество кадров в секунду. Если же графический ускоритель снизит частоту хотя бы до 59 fps, то V-Sync автоматически установит ограничение, кратное двум. Тогда на экране станут отображаться не 59 или 60 кадров, а ровно 30 — так, чтобы монитор снова работал синхронно с каждым кадром. В этом и заключается главный недостаток вертикальной синхронизации, который удается обойти с помощью новых технологий.
G-Sync — фирменная технология синхронизации кадров NVIDIA, которая значительно отличается от программного метода. В этом случае не кадры подгоняются под частоту монитора, а частота монитора устанавливается динамически таким образом, чтобы каждое включение монитора соответствовало одному готовому кадру. Естественно, технология обладает ограничениями: работа синхронизации возможна в пределах от 30 fps до 240 fps. И пока тандем не выходит за рамки этих ограничений, все выглядит идеально. Стоит видеокарте сфальшивить и опустить частоту кадров ниже минимума, как волшебный «джисинк» превращается в обычную вертикальную синхронизацию.
Работа этого метода зависит от аппаратных возможностей монитора и видеокарты. Для активации G-Sync пользователю необходимо подружить совместимый дисплей с «зеленым» ускорителем не старше 10-го поколения. Ограничения обусловлены проприетарностью технологии: NVIDIA разрешает использовать свои наработки только в рамках лицензии, расходы на ее приобретение производители мониторов перекладывают на покупателей. Туда же они включают стоимость дополнительного модуля — что-то вроде отдельного компьютера в корпусе монитора, который отвечает за работу синхронизации. Отсюда завышенная стоимость мониторов с поддержкой этой функции.
FreeSync — технология синхронизации кадров от компании AMD. По традиции производитель превращает сложные вещи в простые и делает дорогое волшебство доступным каждому. Поэтому «красная» технология работает так же хорошо, как G-Sync, но не требует установки дополнительного компьютера в монитор, а также разрабатывается в открытом порядке — без лицензий и «переплат».
Вторая версия FreeSync поддерживает расширенный диапазон частот от 9 Гц до 240 Гц. При этом для активации синхронизации кадров подойдет не только фирменный ускоритель, но также любые видеокарты NVIDIA не старше 10-го поколения. Таким образом, для использования этой технологии достаточно обладать подходящим монитором или телевизором.
VRR (Variable refresh rate) — относительно свежая технология адаптивной синхронизации. На самом деле, это собирательное название для всех алгоритмов синхронизации. Поэтому для технологии, о которой идет речь в материале, лучше использовать название HDMI Forum VRR.
Приставка «HDMI» в расшифровке аббревиатуры говорит о том, что VRR является частью одноименного стандарта передачи данных. И это не первая попытка создать технологию, привязанную к разъему. Ранее функцию под названием VESA Adaptive Sync получил стандарт DisplayPort — те же «кадры», только в профиль.
С появлением новой версии HDMI телевизоры и передающие устройства научились понимать высокую частоту развертки в разрешении 4К, автоматически распознавать контент и подстраивать работу телевизора под игры, а также регулировать частоту обновления экрана динамически, как это делают игровые мониторы с поддержкой G-Sync и FreeSync. Соответственно, VRR работает идентично перечисленным выше технологиям, но имеет несколько преимуществ.
VRR может работать не только на устройствах с поддержкой HDMI 2.1, но также и через HDMI 2.0. Даже в таком режиме пользователь получает эффект плавной картинки. Отличие только в максимальном разрешении и частоте развертки. Если HDMI 2.1 переваривает до 120 fps в разрешении 4К, то HDMI 2.0 ограничен частотой 60 Гц.
С появлением VRR производителям игровых консолей больше не нужно использовать дополнительное ПО в прошивке, чтобы реализовать работу FreeSync или G-Sync. Все уже давно предусмотрено в HDMI, который они, в любом случае, реализуют в своих системах. Более того, производителям телевизоров также можно вздохнуть полной грудью и избавиться от забот по реализации проприетарных технологий синхронизации частоты.
При подключении ПК или консоли к телевизору с поддержкой FreeSync режим HDR Dolby Vision отключается. Технология синхронизации AMD является отдельной функцией и занимает часть ширины потока HDMI, поэтому некоторые полезные надстройки деактивируются. С VRR такого не случится. Для этой технологии адаптивной частоты выделен собственный канал, используя который, функция не мешает работе остальных сигналов и потоков.
На чем работает
Даже на начальном этапе распространения функции большинство видеокарт и современных телевизоров оказываются совместимыми с VRR. Технология привязана к стандарту передачи данных и не может быть «вырезана» производителем телевизора или графического ускорителя. Поэтому она поддерживается не только новыми устройствами, но даже прошлогодними видеокартами типа NVIDIA RTX 2000 или AMD Radeon RX 5000 серии. Ходят слухи, что в будущем поддержку новой технологии получат даже устройства со встроенной графикой Intel.
VRR активно интегрируется в телевизоры LG, начиная с моделей 2020 года, а также в модели Samsung серий Q80 и Q90 и новее. Поддержка технологии заявлена и производителями игровых консолей: Xbox One, Xbox Series и PlayStation 5. До обновления ПО предыдущие консоли Microsoft работали только с Freesync, а прошлые устройства Sony до сих пор довольствуются обычной вертикальной синхронизацией.
Как включить
Для активации VRR необходима не только аппаратная совместимость комплектующих, но и программная поддержка со стороны операционной системы. VRR появилась в Windows 10 после обновления до версии 1903, где функция существует как дополнение к G-Sync и FreeSync, а не отдельная самостоятельная технология.
Разработчики заявляют, что включение опции не влияет на работу остальных технологий синхронизации, а лишь дополняет их в тех проектах, где нет поддержки других алгоритмов. Например, в играх с DirectX 11, а также в случаях, когда режим работы G-Sync не покрывает задачи пользователя: не хватает диапазона поддерживаемых частот, или поддержка G-Sync и FreeSync просто отсутствует в мониторе.
Чтобы включить адаптивную синхронизацию частоты в Windows 10, необходимо:
После этого отправляемся в Настройки:
Система:
Дисплей:
Настройки графики:
И нажимаем «Включить VRR»:
Работает?
Чтобы убедиться в работе VRR, подключим игровую сборку с графическим ускорителем NVIDIA RTX 2070 Super к телевизору линейки LG 916NANO и запустим игру без поддержки G-Sync или FreeSync. Панель обладает разрешением 4К, а также поддерживает современные плюшки: HDR, Dolby Vision, HFR, LFC и все актуальные технологии синхронизации частоты кадров. Не забываем проверить настройки в панели управления видеокартой. Для AMD ищем пункт FreeSync, а для NVIDIA надстройку G-Sync:
После успешной активации режима адаптивной надстройки частоты телевизор сообщит об изменении профиля работы, после чего в игровых настройках графики необходимо отключить классическую вертикальную синхронизацию. Правильная настройка покажет себя в геймплее. Если все настроено верно, в игре исчезнут разрывы изображения и смена кадров станет плавной. Как в этом примере:
Третий — лишний?
Очередная технология адаптивной синхронизации не обещает стать единственным решением, которое заполнит рынок и вытеснит остальные методы. Наоборот, каждый производитель развивает собственный стандарт, улучшает его и модернизирует, что играет на руку пользователю и производителям аксессуаров. Выбирай любую технологию и все равно попадешь в цель. Появление VRR на рынке игровых устройств не стало революцией, как это было с выходом технологии NVIDIA. Но кое-что полезное новый алгоритм все-таки принес — это глобальная стандартизация и упрощение технологий, что помогает активно «въезжать» на рынок игровых устройств даже самым бюджетным моделям телевизоров и мониторов. Как ни удивительно, это снова идет на пользу потребителю — профит, да и только.