人間の目に合わせてゲーム グラフィックを最適化する

コンピューターが小型で安価になり、家庭に設置できるようになって以来、私たちがコンピューターと対話する時間の多くはゲームを通じて行われてきたと言っても過言ではありません。ゲーム開発者は、Pong や Space Invader の初期の頃からグラフィックの最適化について多くのことを学んできました。私たちは今、高速で本物そっくりの写真のようにリアルなゲーム体験を期待しています。

しかし、最近のインターネット速度、ハードウェア容量、コンピュータ グラフィックスの進歩にも関わらず、グラフィック レンダリングやゲームプレイに固有のわずかな遅れにイライラすることがあります。

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人間の見方

グラフィックスのレンダリング方法を改善するために、GPU ベンダーは人間の視覚がどのように機能するかを調べています。私たちの視野は約 120 度ありますが、鋭い細部は視線の焦点を合わせた両側の中央 5 ～ 7 度にしか見えません。私たちの周辺視野のより遠くにあるものはすべてぼやけており、遠くにある物体は私たちの目にはあまり鮮明に見えません。これは、ゲームが遠くのオブジェクトに対して低解像度のテクスチャを利用できることを意味し、より多くのリソースを近くのオブジェクトに利用できるようにし、全体的な視覚的なリアリズムを向上させます。

視聴者の視線が比較的静止している映画やテレビ番組とは異なり、ゲーマーは継続的に画面の周りに焦点を移し、その時点で最も重要なゲーム アクションに集中します。ゲーマーは、風景をナビゲートしたり、パズルのロックを解除したり、ターゲットを爆破したりするときに、重要なゲーム要素に集中する必要があります。

焦点の中心と周辺視野の間を移動するオブジェクトをレンダリングする方法を理解することは、ゲーム開発者がグラフィックスをさらに最適化できるもう 1 つの領域です。レンダリングに優先順位を付けたアプローチを採用することで、GPU は製品のコストと電力を管理しながらリアリズムの限界を押し上げることができます。

グラフィック最適化の基本

ゲーム用のリアルなリアルタイム グラフィックスのレンダリングは、リソースを大量に消費するタスクです。開発者は人間の視覚の特性を利用して、優先順位の高いレンダリングを可能にすることができます。次のステップは、DirectStorage などの読み取りに最適化されたファイル システムを利用してオーバーヘッドを削減することです。

開発者は、ゲーム ファイルを圧縮形式で SSD に保存し、GPU で解凍することで、GPU への有効な帯域幅を向上させることができます。この改善により PCIe、DRAM、または SSD の帯域幅は変わりませんが、圧縮によって転送されるビットの総量が減少するため、実効速度は向上します。これは、圧縮ファイルが GPU に速く到達し、次のゲーム タスクにより多くの帯域幅が利用できることを意味します。

ゲームの品質が今日見られる以上に向上しない場合、開発者はここで終了する可能性があります。ただし、その論理によれば、Atari が 1972 年に Pong をリリースした後は、ゲームの開発を中止するべきだったのでしょう。ゲーム開発者は、ゲームのパフォーマンスとリアリズムの向上を実現するために、常にテクノロジーの限界に挑戦してきました。これは、ゲームが常に大きくなる一方で、そのすべてのデータを CPU または GPU DRAM に配置すると、システム全体のコストが大幅に増加することを意味します。

1 GB のメモリのコストは DRAM の場合 $4 ～ $5 ですが、SSD の場合は $0.12 ～ $0.20 のみです。 SSD は DRAM の直接の代替品ではありませんが、最新の第 3 世代 SSD は 3.5 GB/秒の帯域幅を提供し、第 4 世代 SSD は 7.4 GB/秒に達するようになりました。コンソール開発者は、SSD を DRAM を支援できる L4 または L5 キャッシュのように考えるよう業界に求めています。このアプローチにより、ゲーム開発者は、システムの熱負荷を管理し、コストを合理的に保ちながら、グラフィックの最適化を続けることができます。

レイテンシを短縮することの重要性

ゲーム開発者は、厳密な遅延制御も必要とします。完了までに数ミリ秒かかる読み取りコマンドが時折発生しても、ゲームのワークロードには影響しませんが、ゲームプレイ中に目に見えるテクスチャの不具合が発生します。ゲームのサイズにより、PC DRAM をテクスチャ キャッシュとして使用することは不可能になりました。テクスチャはゲームプレイ中に GPU によって継続的にロードおよびドロップされるため、SSD ドライブのアイドル時間はほとんどありません。プレイヤーがシーン内を移動すると、ゲームは同じテクスチャを 1 分間に何千回もフェッチする必要がある場合があります。

このアクセス パターンの増加により、NAND にさらなるストレスがかかるため、SSD はより多くのデータ リフレッシュ操作を実行する必要があり、ドライブ上の間接書き込み数が増加します。内部書き込みが増えると、SSD TBW (書き込みテラバイト) の耐久性要件が高くなりますが、これらは内部のオーバープロビジョニングで相殺できます。アイドル時間が存在しないということは、コマンド完了遅延の大幅なスパイクを生じさせることなく、この余分な作業をすべてホスト IO とインターリーブする必要があることを意味します。

ゲームのワークロードは非常にアグレッシブであり、ゲーム データにエラーがないようにするには多くの追加の内部操作が必要です。ワークロードを車に例えると、標準 SSD はファミリー向け SUV に似ていますが、ゲーミング SSD は高性能スポーツカーに似ています。どちらの車も時速 160 マイルに達しますが、スポーツカーと同様に、ゲーム用に調整された SSD が、よりアグレッシブなドライビング スタイルをサポートします。

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