Что делает процессор в играх

Читайте также:Устройство современного процессора компьютераПринцип работы современного компьютерного процессора

Роль процессора в играх

Как известно, CPU передает команды с внешних устройств в систему, занимается выполнением операций и передачей данных. Скорость исполнения операций зависит от количества ядер и других характеристик процессора. Все его функции активно используются, когда вы включаете любую игру. Давайте подробнее рассмотрим несколько простых примеров:

Обработка команд пользователя

Практически во всех играх как-то задействуются внешние подключенные периферийные устройства, будь то клавиатура или мышь. Ими осуществляется управление транспортом, персонажем или некоторыми объектами. Процессор принимает команды от игрока и передает их в саму программу, где практически без задержки выполняется запрограммированное действие.

Данная задача является одной из самых крупных и сложных. Поэтому часто случается задержка отклика при движении, если игре не хватает мощностей процессора. На количестве кадров это никак не отражается, однако управление совершать практически невозможно.

Читайте также:Как выбрать клавиатуру для компьютераКак выбрать мышь для компьютера

Генерация случайных объектов

Многие предметы в играх не всегда появляются на одном и том же месте. Возьмем за пример обычный мусор в игре GTA 5. Движок игры за счет процессора решает сгенерировать объект в определенное время в указанном месте.

То есть, предметы вовсе не являются случайными, а они создаются по определенным алгоритмам благодаря вычислительным мощностям процессора. Кроме этого стоит учитывать наличие большого количества разнообразных случайных объектов, движок передает указания процессору, что именно требуется сгенерировать. Из этого выходит, что более разнообразный мир с большим количеством непостоянных объектов требует от CPU высокие мощности для генерации необходимого.

Поведение NPC

Давайте рассмотрим данный параметр на примере игр с открытым миром, так получится более наглядно. NPC называют всех персонажей, неуправляемых игроком, они запрограммированы на определенные действия при появлении определенных раздражителей. Например, если вы откроете в GTA 5 огонь из оружия, то толпа просто разбежится в разные стороны, они не будут выполнять индивидуальные действия, ведь для этого требуется большое количество ресурсов процессора.

Кроме этого в играх с открытым миром никогда не происходят случайные события, которые не видел бы главный персонаж. Например, на спортивной площадке никто не будет играть в футбол, если вы этого не видите, а стоите за углом. Все вращается только вокруг главного персонажа. Движок не будет делать того, что мы не видим в силу своего расположения в игре.

Объекты и окружающая среда

Процессору нужно рассчитать расстояние до объектов, их начало и конец, сгенерировать все данные и передать видеокарте для отображения. Отдельной задачей является расчет соприкасающихся предметов, это требует дополнительных ресурсов. Далее видеокарта принимается за работу с построенным окружением и дорабатывает мелкие детали. Из-за слабых мощностей CPU в играх иногда не происходит полная загрузка объектов, пропадает дорога, здания остаются коробками. В отдельных случаях игра просто на время останавливается для генерации окружающей среды.

Дальше все зависит только от движка. В некоторых играх деформацию автомобилей, симуляцию ветра, шерсти и травы выполняют видеокарты. Это значительно снижает нагрузку на процессор. Порой случается, что эти действия необходимо выполнять процессору, из-за чего происходят просадки кадров и фризы. Если частицы: искры, вспышки, блески воды выполняются CPU, то, скорее всего, они имеют определенный алгоритм. Осколки от выбитого окна всегда падают одинаково и так далее.

Какие настройки в играх влияют на процессор

Давайте рассмотрим несколько современных игр и выясним, какие настройки графики отражаются на работе процессора. В тестах будут участвовать четыре игры, разработанные на собственных движках, это поможет сделать проверку более объективной. Чтобы тесты получились максимально объективными, мы использовали видеокарту, которую эти игры не нагружали на 100%, это сделает тесты более объективными. Замерять изменения будем в одних и тех же сценах, используя оверлей из программы FPS Monitor.

Читайте также: Программы для отображения FPS в играх

GTA 5

Изменение количества частиц, качества текстур и снижение разрешения никак не поднимают производительность CPU. Прирост кадров виден только после снижения населенности и дальности прорисовки до минимума. В изменении всех настроек до минимума нет никакой необходимости, поскольку в GTA 5 практически все процессы берет на себя видеокарта.

Благодаря уменьшению населенности мы добились уменьшения числа объектов сложной логикой, а дальности прорисовки – снизили общее число отображаемых объектов, которые мы видим в игре. То есть, теперь здания не обретают вид коробок, когда мы находимся вдали от них, строения просто отсутствуют.

Watch Dogs 2

Эффекты постобработки такие, как глубина резкости, размытие и сечение не дали прироста количества кадров в секунду. Однако небольшое увеличение мы получили после снижения настроек теней и частиц.

Кроме этого небольшое улучшение плавности картинки было получено после понижения рельефа и геометрии до минимальных значений. Уменьшение разрешения экрана положительных результатов не дало. Если уменьшить все значения на минимальные, то получится ровно такой же эффект, как после снижения настроек теней и частиц, поэтому в этом нет особого смысла.

Crysis 3

Crysis 3 до сих пор является одной из самых требовательных компьютерных игр. Она была разработана на собственном движке CryEngine 3, поэтому стоит принять во внимание, что настройки, которые повлияли на плавность картинки, могут не дать такого результата в других играх.

Минимальные настройки объекты и частиц значительно увеличили минимальный показатель FPS, однако просадки все равно присутствовали. Кроме этого на производительности в игре отразилось после уменьшения качества теней и воды. Избавиться от резких просадок помогло снижение всех параметров графики на самый минимум, но это практически не отразилось на плавности картинки.

Читайте также: Программы для ускорения игр

Battlefield 1

В этой игре присутствует большее разнообразие поведений NPC, чем в предыдущих, так что это значительно влияет на процессор. Все тесты проводились в одиночном режиме, а в нем нагрузка на CPU немного понижается. Добиться максимально прироста количества кадров в секунду помогло снижение качества пост обработки до минимума, также примерно этот же результат мы получили после снижения качества сетки до самых низких параметров.

Качество текстур и ландшафта помогло немного разгрузить процессор, прибавить плавности картинки и снизить количество просадок. Если же снизить абсолютно все параметры до минимума, то мы получим больше пятидесяти процентов увеличения среднего значения количества кадров в секунду.

Выводы

Выше мы разобрали несколько игр, в которых изменение настроек графики влияет на производительность процессора, однако это не гарантирует того, что в любой игре вы получите тот же самый результат. Поэтому важно подойти к выбору CPU ответственно еще на стадии сборки или покупки компьютера. Хорошая платформа с мощным ЦП сделает игру комфортной даже не на самой топовой видеокарте, а вот никакая последняя модель GPU не повлияет на производительность в играх, если не тянет процессор.

Читайте также:Выбираем процессор для компьютераВыбираем подходящую видеокарту для компьютера

В этой статье мы рассмотрели принципы работы CPU в играх, на примере популярных требовательных игр вывели настройки графики, максимально влияющие на нагрузку процессора. Все тесты получились максимально достоверные и объективные. Надеемся, что предоставленная информация была не только интересная, но и полезная.

Читайте также: Программы для повышения фпс в играхМы рады, что смогли помочь Вам в решении проблемы.Опишите, что у вас не получилось. Наши специалисты постараются ответить максимально быстро.

Помогла ли вам эта статья?

В современных играх используется все больше графических эффектов и технологий, улучшающих картинку. При этом разработчики обычно не утруждают себя объяснением, что же именно они делают. Когда в наличии не самый производительный компьютер, частью возможностей приходится жертвовать. Попробуем рассмотреть, что обозначают наиболее распространенные графические опции, чтобы лучше понимать, как освободить ресурсы ПК с минимальными последствиями для графики.

Анизотропная фильтрация

Когда любая текстура отображается на мониторе не в своем исходном размере, в нее необходимо вставлять дополнительные пикселы или, наоборот, убирать лишние. Для этого применяется техника, называемая фильтрацией.

Билинейная фильтрация является самым простым алгоритмом и требует меньше вычислительной мощности, однако и дает наихудший результат. Трилинейная добавляет четкости, но по-прежнему генерирует артефакты. Наиболее продвинутым способом, устраняющим заметные искажения на объектах, сильно наклоненных относительно камеры, считается анизо­тропная фильтрация. В отличие от двух предыдущих методов она успешно борется с эффектом ступенчатости (когда одни части текстуры размываются сильнее других, и граница между ними становится явно заметной). При использовании билинейной или трилинейной фильтрации с увеличением расстояния текстура становится все более размытой, анизотропная же этого недостатка лишена.

Учитывая объем обрабатываемых данных (а в сцене может быть множество 32-битовых текстур высокого разрешения), анизотропная фильтрация особенно требовательна к пропускной способности памяти. Уменьшить трафик можно в первую очередь за счет компрессии текстур, которая сейчас применяется повсеместно. Ранее, когда она практиковалась не так часто, а пропуская способность видеопамяти была гораздо ниже, анизотропная фильтрация ощутимо снижала количество кадров. На современных же видеокартах она почти не влияет на fps.

Анизотропная фильтрация имеет лишь одну настройку – коэффициент фильтрации (2x, 4x, 8x, 16x). Чем он выше, тем четче и естественнее выглядят текстуры. Обычно при высоком значении небольшие артефакты заметны лишь на самых удаленных пикселах наклоненных текстур. Значений 4x и 8x, как правило, вполне достаточно для избавления от львиной доли визуальных искажений. Интересно, что при переходе от 8x к 16x снижение производительности будет довольно слабым даже в теории, поскольку дополнительная обработка понадобится лишь для малого числа ранее не фильтрованных пикселов.

Шейдеры

Шейдеры – это небольшие программы, которые могут производить определенные манипуляции с 3D-сценой, например, изменять освещенность, накладывать текстуру, добавлять постобработку и другие эффекты.

Шейдеры делятся на три типа: вершинные (Vertex Shader) оперируют координатами, геометрические (Geometry Shader) могут обрабатывать не только отдельные вершины, но и целые геометрические фигуры, состоящие максимум из 6 вершин, пиксельные (Pixel Shader) работают с отдельными пикселами и их параметрами.

Шейдеры в основном применяются для создания новых эффектов. Без них набор операций, которые разработчики могли бы использовать в играх, весьма ограничен. Иными словами, добавление шейдеров позволило получать новые эффекты, по умолчанию не заложенные в видеокарте.

Шейдеры очень продуктивно работают в параллельном режиме, и именно поэтому в современных графических адаптерах так много потоковых процессоров, которые тоже называют шейдерами. Например, в GeForce GTX 580 их целых 512 штук.

Parallax mapping

Parallax mapping – это модифицированная версия известной техники bumpmapping, используемой для придания текстурам рельефности. Parallax mapping не создает 3D-объектов в обычном понимании этого слова. Например, пол или стена в игровой сцене будут выглядеть шероховатыми, оставаясь на самом деле абсолютно плоскими. Эффект рельефности здесь достигается лишь за счет манипуляций с текстурами.

Исходный объект не обязательно должен быть плоским. Метод работает на разных игровых предметах, однако его применение желательно лишь в тех случаях, когда высота поверхности изменяется плавно. Резкие перепады обрабатываются неверно, и на объекте появляются артефакты.

Parallax mapping существенно экономит вычислительные ресурсы компьютера, поскольку при использовании объектов-аналогов со столь же детальной 3D-структурой производительности видеоадаптеров не хватало бы для просчета сцен в режиме реального времени.

Эффект чаще всего применяется для каменных мостовых, стен, кирпичей и плитки.

Anti-Aliasing

До появления DirectX 8 сглаживание в играх осуществлялось методом SuperSampling Anti-Aliasing (SSAA), известным также как Full-Scene Anti-Aliasing (FSAA). Его применение приводило к значительному снижению быстродействия, поэтому с выходом DX8 от него тут же отказались и заменили на Multisample Аnti-Аliasing (MSAA). Несмотря на то что данный способ давал худшие результаты, он был гораздо производительнее своего предшественника. С тех пор появились и более продвинутые алгоритмы, например CSAA.

Учитывая, что за последние несколько лет быстродействие видеокарт заметно увеличилось, как AMD, так и NVIDIA вновь вернули в свои ускорители поддержку технологии SSAA. Тем не менее использовать ее даже сейчас в современных играх не получится, поскольку количество кадров/с будет очень низким. SSAA окажется эффективной лишь в проектах предыдущих лет, либо в нынешних, но со скромными настройками других графических параметров. AMD реализовала поддержку SSAA только для DX9-игр, а вот в NVIDIA SSAA функционирует также в режимах DX10 и DX11.

Принцип работы сглаживания очень прост. До вывода кадра на экран определенная информация рассчитывается не в родном разрешении, а увеличенном и кратном двум. Затем результат уменьшают до требуемых размеров, и тогда «лесенка» по краям объекта становится не такой заметной. Чем выше исходное изображение и коэффициент сглаживания (2x, 4x, 8x, 16x, 32x), тем меньше ступенек будет на моделях. MSAA в отличие от FSAA сглаживает лишь края объектов, что значительно экономит ресурсы видеокарты, однако такая техника может оставлять артефакты внутри полигонов.

Раньше Anti-Aliasing всегда существенно снижал fps в играх, однако теперь влияет на количество кадров незначительно, а иногда и вовсе никак не cказывается.

Тесселяция

С помощью тесселяции в компьютерной модели повышается количество полигонов в произвольное число раз. Для этого каждый полигон разбивается на несколько новых, которые располагаются приблизительно так же, как и исходная поверхность. Такой способ позволяет легко увеличивать детализацию простых 3D-объектов. При этом, однако, нагрузка на компьютер тоже возрастет, и в ряде случаев даже не исключены небольшие артефакты.

На первый взгляд, тесселяцию можно спутать с Parallax mapping. Хотя это совершенно разные эффекты, поскольку тесселяция реально изменяет геометрическую форму предмета, а не просто симулирует рельефность. Помимо этого, ее можно применять практически для любых объектов, в то время как использование Parallax mapping сильно ограничено.

Технология тесселяции известна в кинематографе еще с 80-х го­дов, однако в играх она стала поддерживаться лишь недавно, а точнее после того, как графические ускорители наконец достигли необходимого уровня производительности, при котором она может выполняться в режиме реального времени.

Чтобы игра могла использовать тесселяцию, ей требуется видеокарта с поддержкой DirectX 11.

Вертикальная синхронизация

V-Sync – это синхронизация кадров игры с частотой вертикальной развертки монитора. Ее суть заключается в том, что полностью просчитанный игровой кадр выводится на экран в момент обновления на нем картинки. Важно, что очередной кадр (если он уже готов) также появится не позже и не раньше, чем закончится вывод предыдущего и начнется следующего.

Если частота обновления монитора составляет 60 Гц, и видео­карта успевает просчитывать 3D-сцену как минимум с таким же количеством кадров, то каждое обновление монитора будет отображать новый кадр. Другими словами, с интервалом 16,66 мс пользователь будет видеть полное обновление игровой сцены на экране.

Следует понимать, что при включенной вертикальной синхронизации fps в игре не может превышать частоту вертикальной развертки монитора. Если же число кадров ниже этого значения (в нашем случае меньше, чем 60 Гц), то во избежание потерь производительности необходимо активировать тройную буферизацию, при которой кадры просчитываются заранее и хранятся в трех раздельных буферах, что позволяет чаще отправлять их на экран.

Главной задачей вертикальной синхронизации является устранение эффекта сдвинутого кадра, возникающего, когда нижняя часть дисплея заполнена одним кадром, а верхняя – уже другим, сдвинутым относительно предыдущего.

Post-processing

Это общее название всех эффектов, которые накладываются на уже готовый кадр полностью просчитанной 3D-сцены (иными словами, на двухмерное изображение) для улучшения качества финальной картинки. Постпроцессинг использует пиксельные шейдеры, и к нему прибегают в тех случаях, когда для дополнительных эффектов требуется полная информация обо всей сцене. Изолированно к отдельным 3D-объектам такие приемы не могут быть применены без появления в кадре артефактов.

High dynamic range (HDR)

Эффект, часто используемый в игровых сценах с контрастным освещением. Если одна область экрана является очень яркой, а другая, наоборот, затемненной, многие детали в каждой из них теряются, и они выглядят монотонными. HDR добавляет больше градаций в кадр и позволяет детализировать сцену. Для его применения обычно приходится работать с более широким диапазоном оттенков, чем может обеспечить стандартная 24-битовая точность. Предварительные просчеты происходят в повышенной точности (64 или 96 бит), и лишь на финальной стадии изображение подгоняется под 24 бита.

HDR часто применяется для реализации эффекта приспособления зрения, когда герой в играх выходит из темного туннеля на хорошо освещенную поверхность.

Bloom

Bloom нередко применяется совместно с HDR, а еще у него есть довольно близкий родственник – Glow, именно поэтому эти три техники часто путают.

Bloom симулирует эффект, который можно наблюдать при съемке очень ярких сцен обычными камерами. На полученном изображении кажется, что интенсивный свет занимает больше объема, чем должен, и «залазит» на объекты, хотя и находится позади них. При использовании Bloom на границах предметов могут появляться дополнительные артефакты в виде цветных линий.

Film Grain

Зернистость – артефакт, возникающий в аналоговом ТВ при плохом сигнале, на старых магнитных видеокассетах или фотографиях (в частности, цифровых изображениях, сделанных при недостаточном освещении). Игроки часто отключают данный эффект, поскольку он в определенной мере портит картинку, а не улучшает ее. Чтобы понять это, можно запустить Mass Effect в каждом из режимов. В некоторых «ужастиках», например Silent Hill, шум на экране, наоборот, добавляет атмосферности.

Motion Blur

Motion Blur – эффект смазывания изображения при быстром перемещении камеры. Может быть удачно применен, когда сцене следует придать больше динамики и скорости, поэтому особенно востребован в гоночных играх. В шутерах же использование размытия не всегда воспринимается однозначно. Правильное применение Motion Blur способно добавить кинематографичности в происходящее на экране.

Эффект также поможет при необходимости завуалировать низкую частоту смены кадров и добавить плавности в игровой процесс.

SSAO

Ambient occlusion – техника, применяемая для придания сцене фотореалистичности за счет создания более правдоподобного освещения находящихся в ней объектов, при котором учитывается наличие поблизости других предметов со своими характеристиками поглощения и отражения света.

Screen Space Ambient Occlusion является модифицированной версией Ambient Occlusion и тоже имитирует непрямое освещение и затенение. Появление SSAO было обусловлено тем, что при современном уровне быстродействия GPU Ambient Occlusion не мог использоваться для просчета сцен в режиме реального времени. За повышенную производительность в SSAO приходится расплачиваться более низким качеством, однако даже его хватает для улучшения реалистичности картинки.

SSAO работает по упрощенной схеме, но у него есть множество преимуществ: метод не зависит от сложности сцены, не использует оперативную память, может функционировать в динамичных сценах, не требует предварительной обработки кадра и нагружает только графический адаптер, не потребляя ресурсов CPU.

Cel shading

Игры с эффектом Cel shading начали делать с 2000 г., причем в первую очередь они появились на консолях. На ПК по-настоящему популярной данная техника стала лишь через пару лет, после выхода нашумевшего шутера XIII. С помощью Cel shading каждый кадр практически превращается в рисунок, сделанный от руки, или фрагмент из детского мультика.

В похожем стиле создают комиксы, поэтому прием часто используют именно в играх, имеющих к ним отношение. Из последних известных релизов можно назвать шутер Borderlands, где Cel shading заметен невооруженным глазом.

Особенностями технологии является применение ограниченного набора цветов, а также отсутствие плавных градиентов. Название эффекта происходит от слова Cel (Celluloid), т. е. прозрачного материала (пленки), на котором рисуют анимационные фильмы.

Depth of field

Глубина резкости – это расстояние между ближней и дальней границей пространства, в пределах которого все объекты будут в фокусе, в то время как остальная сцена окажется размытой.

В определенной мере глубину резкости можно наблюдать, просто сосредоточившись на близко расположенном перед глазами предмете. Все, что находится позади него, будет размываться. Верно и обратное: если фокусироваться на удаленных объектах, то все, что размещено перед ними, получится нечетким.

Лицезреть эффект глубины резкости в гипертрофированной форме можно на некоторых фотографиях. Именно такую степень размытия часто и пытаются симулировать в 3D-сценах.

В играх с использованием Depth of field геймер обычно сильнее ощущает эффект присутствия. Например, заглядывая куда-то через траву или кусты, он видит в фокусе лишь небольшие фрагменты сцены, что создает иллюзию присутствия.

Влияние на производительность

Чтобы выяснить, как включение тех или иных опций сказывается на производительности, мы воспользовались игровым бенчмарком Heaven DX11 Benchmark 2.5. Все тесты проводились на системе Intel Core2 Duo e6300, GeForce GTX460 в разрешении 1280×800 точек (за исключением вертикальной синхронизации, где разрешение составляло 1680×1050).

Как уже упоминалось, анизо­тропная фильтрация практически не влияет на количество кадров. Разница между отключенной анизотропией и 16x составляет всего лишь 2 кадра, поэтому рекомендуем ее всегда ставить на максимум.

Сглаживание в Heaven Benchmark снизило fps существеннее, чем мы того ожидали, особенно в самом тяжелом режиме 8x. Тем не менее, поскольку для ощутимого улучшения картинки достаточно и 2x, советуем выбирать именно такой вариант, если на более высоких играть некомфортно.

Тесселяция в отличие от предыдущих параметров может принимать произвольное значение в каждой отдельной игре. В Heaven Benchmark картинка без нее существенно ухудшается, а на максимальном уровне, наоборот, становится немного нереалистичной. Поэтому следует устанавливать промежуточные значения – moderate или normal.

Для вертикальной синхронизации было выбрано более высокое разрешение, чтобы fps не ограничивался вертикальной частотой развертки экрана. Как и предполагалось, количество кадров на протяжении почти всего теста при включенной синхронизации держалось четко на отметке 20 или 30 кадров/с. Это связано с тем, что они выводятся одновременно с обновлением экрана, и при частоте развертки 60 Гц это удается сделать не с каждым импульсом, а лишь с каждым вторым (60/2 = 30 кадров/с) или третьим (60/3 = 20 кадров/с). При отключении V-Sync число кадров увеличилось, однако на экране появились характерные артефакты. Тройная буферизация не оказала никакого положительного эффекта на плавность сцены. Возможно, это связано с тем, что в настройках драйвера видеокарты нет опции принудительного отключения буферизации, а обычное деактивирование игнорируется бенчмарком, и он все равно использует эту функцию.

Если бы Heaven Benchmark был игрой, то на максимальных настройках (1280×800; AA – 8x; AF – 16x; Tessellation Extreme) в нее было бы некомфортно играть, поскольку 24 кадров для этого явно недостаточно. С минимальной потерей качества (1280×800; AA – 2x; AF – 16x, Tessellation Normal) можно добиться более приемлемого показателя в 45 кадров/с.

Используемые источники:

• https://lumpics.ru/on-what-the-processor-influences-in-games/
• https://itc.ua/articles/nastrojki_grafiki_v_igrah_na_chto_oni_vliyayut_nastrojki_grafiki_v_igrah_i_proizvoditelnost_53820/