Fw: [心得] 遊戲的"縮水" 與 TLOUR的平行運算技術

[cjcat2266 (CJ Cat)]

※ [本文轉錄自 GameDesign 看板 #1LTEbu-C ]

不少遊戲初期公布的實機技術demo與最終成品有明顯畫質落差，為什麼?
本文將藉由說明在初期技術展示與最終成品階段的技術差別，來回答這個問題
順便介紹一些The Last of Us Remastered (PS4)壓榨硬體資源的技術

簡而言之：遊戲最終成品，通常所需運算資源種類與量，會比初期技術展示多

一個AAA遊戲成品在實機執行的時候，運算資源大致分配給以下幾項作業
  1. 遊戲機制(CPU)
  2. AI(CPU)
  3. 物理(CPU and/or GPU)
  4. 動畫(CPU)
  5. 粒子(CPU and/or GPU)
  6. 繪圖邏輯(CPU)
  7. 繪圖執行(GPU)

初期實機技術demo，通常不會有多少1/2，可能會有3
4不會像最終成品消耗CPU與記憶體
所以大部分的運算資源都可以用在5/6/7
不要小看1/2/3消耗的資源量
這幾項在最終成品的資源消耗可以佔到CPU的50%以上
所以4/5/6/7能夠使用的硬體資源(粗估)只剩下初期技術demo的50%

如果在製作初期實機技術demo的時候
把100%硬體資源拿來展現4/5/6/7
那麼後來新加入1/2/3的資源消耗，勢必會產生"視覺上縮水"的情況
為了初期吸引觀眾目光，這幾乎是必然的結果

這樣是否表示AAA遊戲開發者不誠實? 見仁見智
不管是初期技術展示還是遊戲成品，硬體資源一定是幾乎被榨光的
製作初期demo的時候是否可以估計到之後會額外用到的資源? 非常難
不管是哪家工作室，應該都不想只用50%以下的硬體資源做技術展示demo吧

我個人是有了以上的認知之後
看到初期技術demo與最終成品的畫質落差
雖然會失望，但覺得比較可以接受這個事實了



接下來介紹TLOUR的一些壓榨硬體資源的技術
之前有提到，Naughty Dog為了從PS3跨到PS4
重新設計了一個平行運算的系統
負責人Christian Gyrling於今年GDC有個專題講座
強烈推薦給有興趣的資工領域朋友
  影片連結   http://bit.ly/1eX5mb1
  投影片連結 http://bit.ly/1HgtGQ9

TLOUR的硬體資源配置，可分為以下三種

  1. 遊戲邏輯(CPU) 包含：遊戲機制、AI、物理、動畫、粒子
  2. 繪圖邏輯(CPU) 生成繪圖指令，丟給GPU執行
  3. 繪圖執行(GPU) 執行2生成的繪圖指令









一個單執行序的遊戲
1/2/3是串在一起，在同一個frame內線性依序執行的
如果要達到60fps，那1/2/3總共的運算時間就不可以超過16ms

  <A方案>

  CPU   遊戲邏輯 -> 繪圖邏輯
  GPU                        -> 繪圖執行
        |------------------------------|
                      16ms












PS4有八個CPU核心，有六個是給遊戲使用的
把1/2平行化，拆給不同CPU核心執行
如此一來，1/2如果需要總共48ms執行時間，理論上只會用到8ms

  <B方案>

  CPU1  遊戲邏輯1 -> 繪圖邏輯1
  CPU2  遊戲邏輯2 -> 繪圖邏輯2
  CPU3  遊戲邏輯3 -> 繪圖邏輯3
  CPU4  遊戲邏輯4 -> 繪圖邏輯4
  CPU5  遊戲邏輯5 -> 繪圖邏輯5
  CPU6  遊戲邏輯6 -> 繪圖邏輯6
  GPU                          -> 繪圖執行
        |--------------------------------|
                        16ms







但這還是不夠理想，CPU忙的時候GPU閒著，GPU忙的時候CPU閒著
開發AAA遊戲的精隨就是要最大幅度使用硬體資源啊!

那如果把遊戲邏輯在frame0生成的資料，暫存在記憶體
繪圖邏輯在frame1的時候用這些資料生成繪圖指令，交給GPU繪圖執行呢?
把遊戲邏輯和繪圖邏輯切成小塊，交互執行
所以感覺上遊戲邏輯和繪圖邏輯"同時"在一個CPU核心上執行

  <C方案>

  CPUn  遊戲邏輯n (生成frame1資料)
        繪圖邏輯n (使用frame0資料)
  GPU             -> 繪圖執行
        |-------------------|
                 16ms







嗯，光是視覺看來，就已經能夠更有效率地使用硬體資源了
但是CPU和GPU還是各有自己的閒暇時間，不行!
那如果更進一步，繪圖執行使用的資料，是繪圖邏輯上一個frame產生的呢?

  <D方案>

  CPUn  遊戲邏輯n (生成frame2資料)
        繪圖邏輯n (使用frame1資料，生成frame0資料)
  GPU   繪圖執行  (使用frame0資料)
        |-------|
          16ms

好了，CPU和GPU已經最大幅度使用，閒不下來啦
這個D方案就是TLOUR使用的技術

缺點就是，畫面是GPU使用兩個frame以前的舊資料呈現出來的"老畫面"
所以TLOUR是有兩個frame的延遲時間的
當玩家看到畫面上，準心瞄準敵人的頭時
從遊戲邏輯的觀點來看，敵人的頭可能已經不在準心下了
TLOUR彈藥普遍稀少，為了補償玩家，在射擊的時候
只要在過去兩個frame中有瞄準到目標，就算是判定擊中

D方案不是唯一解或最佳解，一切端看開發者考量
The Order: 1886採取的方式類似B方案(有將作業切小塊和生產線處理)
因為Ready at Dawn工作室明確表態，說不想要讓遊戲有任何延遲
所以如果他們願意採用D方案，The Order: 1886可以衝到60fps也不一定?

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※ 編輯: cjcat2266 (45.50.175.11), 06/08/2015 09:02:13

※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
※ 轉錄者: cjcat2266 (45.50.175.11), 06/08/2015 09:04:10
→ kuninaka: 頭推
推 zeroe: 有神快推！
推 su43123: 先推CJ大
推 kuninaka: 補推
推 LonelyLove: 推!!
推 ross800127: 技術
推 timothy368: 好文推cjcat
推 beyonf: 大推
推 tn: 射擊遊戲的話確實FPS是有感的
推 aterui: 格鬥遊戲可能就不行,強手都是用frame來算招的
推 lees85878405: cj大出現啦！
推 CoolPotato: 看不懂
※ 編輯: cjcat2266 (45.50.175.11), 06/08/2015 09:16:02
推 Jetstream: 想額外問一下: 2 frame的誤差對什麼類型的影響較大?
→ Jetstream: 若像樓上所說的格鬥遊戲 那要是像文內所說用舊資料判定
→ Jetstream: 還會有甚麼問題嗎?
→ cjcat2266: 應該會有另外一個問題：對手的輸入沒有馬上呈現
→ cjcat2266: 會有反應上的延誤
推 Jetstream: 了解 感謝解答
→ ross800127: 格鬥遊戲場景都不大 角色就兩個
→ llwopp: 翻譯蒟蒻:頑皮狗又要來操爆你的主機了
推 chih5505: 推專業
推 chiyosuke: 好專業。
推 mimoo: 長知識~ 推
推 Dasuke: 推
推 warren0208: 易懂的解說，謝謝。
推 jfmf: 好文 推～
→ llwopp: 借主題PO一張E3會場外秘境4的大型廣告
→ llwopp: http://i.imgur.com/5OfIYw7.jpg
推 bill6613: 專業給推
推 littleco: 推
→ llwopp: 看來就算延到明年 今年E3還是會強打秘境4
推 PTTfaggot: 先推再看
推 xc332211: 秘境4也是用這技術嗎 還是又有更非人類的技術了
推 simongarden: 專業文出現了
→ blackone979: 商業機密XD
推 sunlockfire: Cj貓大 未看先推
→ cjcat2266: 基本上我們只允許分享已發售作品的技術，Sorry啦
→ cjcat2266: 未發售作品的技術給其他人知道了，這怎麼可以 XD
推 STerry1986: 等秘境4出來後，要先把ps4的通風孔清一下 要被操爆惹
推 PTTfaggot: 我目前玩到最操主機的是MGSV，期待秘境4更操XD
→ cjcat2266: 其實如果都是操到100%左右，燒機程度都差不多啦...
推 ggBird: 讚，請問這是實作在engine裡嗎？
推 sunlockfire: Mgsv出了喔？？
→ cjcat2266: 如同之前提到的，AAA遊戲基本上都是以操到100%為目標
→ cjcat2266: 操到100%之後，接下來就要看優化能力了
推 Jetstream: MGSV:GZ 會很操主機嗎?
→ strike519: 1886畫面真的很噁心  有二手可以買來玩玩看
推 abreakheart: MGS:GZ很偷吃步,你可以試著把小兵弄昏後堆在同一個
→ abreakheart: 區域，大概5隻以上就會發現有幾隻小兵被隱形了
推 PTTfaggot: 但是我覺得1886的話面一直霧霧的，有點像是柔焦，大概
→ PTTfaggot: 是為了省效能所用的濾鏡吧？
→ Jetstream: MGS:GZ可以用樓上的方法在吉普車上載好幾隻小兵
→ cjcat2266: 沒有喔，只要物體沒有完全被霧隱蔽，就不可能節省運算
→ cjcat2266: PS上的沉默之丘，才是真的用霧在偷吃步
→ cjcat2266: 結果後來變成系列作的特色了
→ ross800127: ubi : 都不優化隨便就100%了啦
推 abreakheart: 全景柔化應該是為了蓋過鋸齒吧？
推 serval623: 好專業
→ igarasiyui: 1886那種不是仿照電影版的模糊化嗎
→ cjcat2266: 柔焦的目的通常只是為了美感，消除鋸齒自有額外的運算
→ blackone979: 柔焦應該反而是增加運算量吧？
→ cjcat2266: 沒錯 :)
推 bill6613: 1886在畫面跟美術上真的是PS4效能大突破
→ bill6613: 希望續作可以把上下黑邊刪掉
推 windfeather: 推專業解說
→ windfeather: 但1886就是有上下黑邊才榨出更多的資源啊
→ windfeather: 如果刪掉後續作別說維持水準，可能還會退步
推 sx4152: 黑邊雖然礙眼  但習慣後就無感  重要的是提升遊戲性和主線
推 k2233604: 推
推 Argos: CJ大推～
推 silomin: 專業的來了 大推
→ HolyBugTw: pipeline, hazard, 終究還是這些課題
推 sunlockfire: 1886能把故事説完整加上物品收集系統就會變很好了
→ sunlockfire: 拿起來看一看又放下是怎樣？物件展示XDD？
推 peasuka: 專業推
推 ggchioinder: 推推
→ breast30: 似乎是在某個超寬螢幕的文章看到 用超寬螢幕玩1886 就可
→ breast30: 以滿畫面了
→ igarasiyui: 21:9的就可以了 不過選擇很少吧
推 yushia6666: 外行人想問  為什麼我都感覺不出來TLOU有延遲XDDD
→ cjcat2266: 1886滿螢幕 http://bit.ly/1eXin4p
推 miayao417: TLOU因為不是開放世界。所以優化到極致後是可以那樣
→ miayao417: 巫師3比GTAV開放的更誇張。所以優化更難
推 a83a83cjcj: 推推
→ miayao417: 巫師三一堆怪房子都可以進去點蠟燭 搜刮 對話
→ yushia6666: 啊  我懂了
→ miayao417: 但是GTAV只有相關的建築可以進去
→ miayao417: 昨天才誤闖幾棟4層樓的建築物，裏面有蠟燭有寶箱有人
推 fe0727: 1886畫面很糊玩不太下去，看久眼睛很不舒服
→ miayao417: 就是跟任務還有街道一點關係都沒有
→ miayao417: 巫師3的世界是開放到這樣。
→ miayao417: 甚至很多懸崖是可以跳岩石跳下去的
→ igarasiyui: 傑哥沒吃維骨力 看到懸崖跳下去九成機率是找死
→ yushia6666: 有點水就不會死  然後可以抓角度騎馬跳，但有失敗風險
→ igarasiyui: 是說騎馬時能跳?
→ igarasiyui: 我的蘿蔔看到懸崖只會停住...
推 aster515: 2frame的延遲是指1/30秒嗎(60fps) 如果是的話其實影響
→ aster515: 很小吧？
推 yushia6666: 我的理解是 玩家感覺不到延遲  因為我們對看到的畫面
→ yushia6666: 輸入的指令是被認可的0.0
→ yushia6666: 在過去兩個frame中(我們眼睛看到的)有瞄準到目標
→ yushia6666: 就算是判定擊中
推 kuku321: ACT FTG STG這三種很吃禎數 一個frame就能讓人吃土
→ kuku321: 還有連線遊戲 雙方不能接近同步看見雙方指令 也是吃土
→ kuku321: 其餘單機遊戲就還好了
→ cjcat2266: 其實FPS和TPS的被攻擊方，錯誤容許範圍很大
→ cjcat2266: 當系統判定攻擊有疑慮時，一律偏頗攻擊方
→ cjcat2266: 因為攻擊方如果準星瞄到對方，卻沒有攻擊判定會很明顯
→ cjcat2266: 而被攻擊方較沒有 "明明沒被瞄到卻有攻擊判定" 的問題
→ cjcat2266: 因為被攻擊方無法得知攻擊方是不是真的有瞄準到他
推 kuku321: 阿 忘了補充 我說的STG是捲軸射擊 不是FPS TPS
→ kuku321: 不過想了一下單機STG 好像也是沒什麼問題的 就拿3frame的
→ kuku321: 資料來寬鬆判斷閃避成功與否就好 好像也沒太大問題
→ kuku321: 雖然STG好像也不會吃效能吃到那樣就是了XD
→ cjcat2266: 我以為你說的STG是strategy game咧XD
推 amazingreg: 不明覺厲 期待下款新作
推 kuku321: 沒辦法 誰叫shooting game已經成為時代眼淚呢XD
推 nanaseaoi: cj大安安
→ nanaseaoi: 但是三廠都想用硬體輾壓，把PS4當泰坦操
→ kuninaka: PS4的極限測試軟體
推 johnnycgi: 讓我想起巫師3的縮水一堆人在罵...沒人想過開發的難處
推 sunlockfire: 話說不是有版友要寫信去CDPR問BOSS的造型縮水??
→ sunlockfire: 結果呢?????@@
推 yushia6666: 上面有人發文了
→ yushia6666: 更正，下面
推 balaking: 推！UBI用的是他們最強的平行外包技術，本業是做影片的
推 sunlockfire: 樓上發言我笑了XDDD
推 goldman0204: 專業...這我沒話說了= =
推 zardbz: 長知識
※ 編輯: cjcat2266 (160.33.43.15), 06/09/2015 01:02:08
推 Chihuah: 感謝！ 清楚易懂的好文！
推 DOGGYBEAR: 感謝您的分享! 話說好期待秘境四啊....
推 Sk8erBoi: 有神有推
推 david7112123: 專業推