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为何高帧率对于电竞比赛至关重要?


来源:凤凰网外设

竞技玩家和职业电竞选手都追求超高帧率,以期为自己带来各项竞技优势。他们需要极致流畅的动画、超低延迟和极小干扰,从而取得亮眼的成绩。最新GPU 所带来的高帧率恰好能为这些玩家提供竞技优势。

什么是FPS?为何FPS 对于电竞比赛十分重要?

竞技玩家和职业电竞选手都追求超高帧率,以期为自己带来各项竞技优势。他们需要极致流畅的动画、超低延迟和极小干扰,从而取得亮眼的成绩。最新GPU 所带来的高帧率恰好能为这些玩家提供竞技优势。

我们最近发布了一段视频,其中展示了60、144 和240 FPS/Hz 对“反恐精英:全球攻势(CS:GO)”游戏体验的影响:

https://www.youtube.com/watch?v=uJxxCgKa0mU

现在,让我们再深入了解这一切将如何在玩家的PC 上运作,以及高帧率为何可以提升动画流畅度、减少重影和撕裂影响以及降低系统延迟,从而为玩家提供竞技优势。

FPS 和Hz 究竟是什么?

游戏圈里经常混淆和误用FPS 和Hz。 Hz 定义为每秒的周期次数,通常和显示器相关。 二者表述的都是完成率,区别在于它们表示的是PC 渲染系统中不同组件的完成速率。简言之,FPS 是指系统(尤其是GPU)完成帧渲染的速率,而Hz 是指显示器对这些已完成渲染的帧的显示刷新速率。

在下方动画中,可以看到顶部的灰色记号以及绿色记号,其中上面的表示显示器显示的帧,下面的表示GPU 正在渲染的帧。

这些帧率并不相同。GPU 的帧渲染速度时而快于或慢于显示器显示帧的刷新速度。这种帧时间变化是由所渲染3D 场景的复杂度差异引起的。如,某场景中的爆炸场面在渲染时可能要比上一个场景花费更多时间;而Hz 通常为恒定速率,不会随场景复杂度而变化。60Hz 是每秒60 次,144Hz 是每秒144 次,以此类推。一些显示器可以改变自身刷新率,为了便于理解,我们假设一台显示器的刷新率恒定不变。

FPS 通常是许多秒数内的移动平均值,因为帧与帧之间所用的时间并非恒定不变。不妨这样理解FPS:“GPU 每秒平均渲染的帧数。”

如果FPS 和Hz 不一致,玩家会感到画面撕裂等影响,随后会介绍这一点。总结一下,GPU 对应于FPS,显示器对应于Hz。要获得绝佳游戏性能,就要提高这两个值。

高FPS 助力打造更流畅的画面效果

来看一下,高FPS 如何带来更流畅的动画。在下方视频中,我们可以看到画面在更高的FPS/Hz 下更加流畅。在60 FPS/Hz 下,画面看起来断断续续,就像是从一个点跳到另一个点。在240 FPS/Hz 下,我们仍然可以看到画面的步进,但这些步进小了很多。

在详细介绍这个概念之前,先将FPS 锁定到Hz。虽然这种情况实际并不会发生,但如果GPU 和显示器以相同速率运作,就能更容易解释这些概念。

下方的弹跳球动画清楚展示了画面为何变得更加流畅。

240 FPS/Hz 下的弹跳球画面更加流畅

60 FPS/Hz 画面中的每个“步进”在240 FPS/Hz 下都会有4 个“步进”。多出的3 个步进填补了动作,让240 FPS/Hz 下的画面看起来更加流畅。在240 FPS/Hz 下,可以在相同时间内看到3 个额外的信息帧。

画面越流畅,就越有助于玩家追踪目标。在微调准星以纠正射击越标或未达标问题时,目标的流畅显示有助于玩家更快锁定目标。

更高的FPS/Hz 有助于减少重影

所有LCD 型显示器都不能免除重影的干扰。当显示器刷新时,画面颜色不会立即变化。像素变化需要花费一些时间,尤其是当色彩变化范围很大时。

在下方“反恐精英:全球攻势(CS:GO)”演示视频中,重影看起来就像物体后面的影迹,一般是在物体位置从上一帧切换到当前位置时出现。

若对下方的弹跳球动画分析重影,我们也可以在小球后方看到重影。

模拟重影效果的弹跳球动画

重影取决于动画步进的流畅度,并会出现在动画的前一“步”中。在60 FPS/Hz 下,动画步进之间的距离变化较大,因此重影非常明显。在240 FPS/Hz 下,动画步进之间的距离变化较小,因此重影较不明显。

这便解释了在更高FPS/Hz 下,旋转角色或查看运动物体时为何会更显清晰。与流畅动画带来的益处相似,减少重影也可让玩家更清晰地追踪目标,帮助玩家聚焦目标而不是重影。

高FPS 有助于减少画面撕裂

当显示器显示的帧与GPU 同一时间输出的帧不一致时就会出现画面撕裂,这会导致屏幕上出现水平撕裂或图像偏移。在下方示例中,我们可以看到贯穿玩家模型的撕裂现象。

当显示器显示的帧与GPU 同一时间输出的帧不一致时,就会出现画面撕裂

当GPU 的输出速率(FPS) 和显示器的Hz 不相符时,就会出现画面撕裂。为避免画面撕裂,我们可以开启V-SYNC。V-SYNC 能够将GPU 的输出速率有效锁定到显示器的Hz。开启V-SYNC 后,GPU 便只能按照显示器刷新周期渲染一帧画面。

该功能虽可消除画面撕裂,但会增加输入延迟,让人感觉游戏响应变慢,这是因为GPU 通常必须要等待显示玩家的操作结果。由于延迟增加,很多玩家都倾向于在游戏期间关闭V-SYNC,选择忍受画面撕裂。

在下方示例中,FPS 高于显示器的Hz,并且已关闭V-SYNC。

正如示例所示,画面撕裂在240 FPS/Hz 下变得更少,这是为什么呢?让我们仔细分析一下。

在下方动画中,有一个人从屏幕左侧跑到右侧。最终,出现了一次画面撕裂。

场景中的物体(跑动的角色)发生撕裂,导致图像偏移。

如动画所示,当发生画面撕裂时,我们看到物体的下半部看起来像是在向前移动,但上半部却留在原地。由于GPU 速率未锁定到显示率,GPU 会在显示器尚未完成刷新的情况下迅速交换已完成渲染的下一帧。帧完成交换后,其剩余部分将会渲染为更新的图像,从而产生名为“画面撕裂”的偏移现象。

类似于动画步进,物体的帧之间移动距离在60 FPS/Hz 时更大,这会增大物体在两帧之间的位移幅度,从而产生更严重的撕裂效果。在240 FPS/Hz 下,物体在两帧之间的位移幅度更小,这是由于此帧率会缩小两帧之间的时间差,从而减小画面撕裂的影响。画面撕裂影响越小,就越有助于消除干扰因素,帮助玩家专注于赢得比赛。

如上所述,一些显示器采用可变刷新率技术(如G-SYNC)来为玩家提供关闭V-SYNC 的出色效果,同时消除画面撕裂。G-SYNC 显示器会等待GPU 渲染完下一帧,然后再刷新显示器,如此便可让GPU 尽可能以最快速度完成帧渲染。我们将在后文深入探讨这一主题。

高FPS 有助降低系统延迟

在下方视频中,可以看到在240 FPS/Hz 下,对面玩家好像居于60 FPS/Hz 时该玩家所处的位置之前,这是由系统延迟引起的。

谈到游戏延迟,很多玩家都会想到ping 或者网络延迟。这种延迟来源是指PC 上的信息到达游戏服务器并再次返回PC 所用的时间。

与之相反,系统延迟是指从玩家作出操作(鼠标点击、鼠标移动、键盘输入)到显示器给出响应所用的时间。这种延迟通常称为“移动到显示(motion to photon)”延迟或点击到触发射击延迟。

系统延迟管线

是什么原因引起了系统延迟?我们来深入了解一下渲染管线。

在下方示例中,我们将此管线简化成三个阶段,以便于说明。从左侧开始,CPU(蓝条表示)用于解释出入、更新游戏状态、准备供GPU 渲染的帧,以及将帧放入GPU 渲染队列。之后,GPU(绿条表示)会从队列中提取这些准备好的帧,并渲染它们。GPU 完成渲染后,显示器(灰条表示)会在下一个刷新周期呈现最终图像。

60 FPS/Hz 下的简化版渲染管线

以上所有操作都需花费时间,所需时间总和就是系统延迟。

在现实世界中,这些操作会依次进行,也就是说每一个阶段都会在这一帧结束以后的下一帧开始。管线运行会影响完成率(FPS),但不一定会改变系统延迟,因为玩家的操作在任何情况下都会不断传送到每个阶段。

先来看一下60 FPS/Hz 管线,然后再来了解240 FPS/Hz 管线。

可以看到60Hz 系统在显示帧时会严重滞后。在对每个系统上的单帧作出这一分析后,就能看到系统延迟的具体差异。

60FPS系统的帧显示速度远慢于240FPS系统

最开始时,每个系统的CPU 都会同时收到玩家的位置。在本示例中,CPU 和GPU 准备和渲染帧的时间几乎相等。60 FPS 系统管线的CPU 部分所花时间是240 FPS 系统的4 倍。同样,60 FPS 系统上的GPU 渲染时间也相当于240 FPS 系统的4 倍。最后,由于60 FPS 系统上的刷新周期要比240 Hz 显示器慢3/4,因此其显示用时也是后者的4 倍。

60 FPS/Hz 系统需要花费更多处理时间,因此会远远落后于游戏的实际状况。240 FPS/Hz 系统的渲染速度非常接近于游戏的实际状况,但仍存在一些差异。

下方示例展示了两个系统延迟之间的差异。两个系统之间的位置差异就是系统延迟差异。可以利用某种垂直规则(如黑条),更轻松地比较系统延迟引起的这些偏移。

系统延迟越低,玩家就越能更早看到其他玩家。此外,降低系统延迟还可缩短鼠标操作到屏幕显示结果的时间,由此提升游戏的响应速度。降低系统延迟能够集中带来以上所有优势,让玩家在战场上获得竞技优势。

GeForce 支持高FPS

总而言之,更高帧率可为玩家带来巨大的决胜优势。它能提升动画流畅度来改进目标追踪,减少重影和画面撕裂来降低干扰影响,同时还能降低系统延迟以助您更快发现目标,从而更迅速地作出响应。高FPS 集以上所有优势于一身,赋予玩家巨大的竞技优势。

在今年早期开展的一项调研中,我们能够根据所收集的数据绘制出玩家的平均FPS 及其击杀/死亡(K/D) 比图表。其中,K/D 是在“堡垒之夜(Fortnite)”或“绝地求生(PUBG)”等竞技游戏中用于衡量玩家技能的常用指标。

竞技玩家的平均FPS 及其K/D 比图表

通过观察图表,可以看出玩家在“绝地求生(PUBG)”和“堡垒之夜(Fortnite)”中的平均FPS 和K/D 比之间存在关联。在180 FPS 时,玩家的K/D 比要比60 FPS 时高出90%!

就其本身而言,相关性并不等同于因果关系。但若考虑到FPS 带来的种种优势,例如本文中介绍的提升动画流畅度、减少重影和画面撕裂以及降低系统延迟,图表中的正相关关系就颇有意义。

请查看最新#帧能赢页面,了解GeForce GPU 如何提供所需的FPS,助玩家在“求生战场(Battle Royale)”和第一人称射击游戏中获得巨大竞技优势。

https://www.nvidia.cn/geforce/news/what-is-fps-and-how-it-helps-you-win-games/

[责任编辑:赵凤鹏 PG003]

责任编辑:赵凤鹏 PG003

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