Frame-rate maggiore vuol dire sempre migliore giocabilità? - articolo

Il Digital Foundry esplora i pro e i contro di frame-rate sbloccato e cappato a 30fps.

il direttore tecnico di DriveClub Paul Rustchynsky recentemente ha affermato che: "l'aspetto più importante di un gioco di guida è il frame rate bloccato". "Che si tratti di 30 o 60 fps," ha suggerito "è fondamentale che ogni input del controller sia coerente e uguale per tutti i conducenti. Abbiamo scelto un frame rate bloccato per questo motivo e basandoci sui 30 fps non siamo costretti a scendere a compromessi con il livello di dettaglio."

L'idea è semplice: un frame rate bloccato permette di gestire l'input dei comandi in modo costante e con un feedback visivo coerente, permettendo un'esperienza di gioco stabile. Tuttavia, sulle console next-gen abbiamo visto un paio di giochi adottare un approccio diverso operando con un frame rate completamente sbloccato. A rigor di logica, più fotogrammi che escono da framebuffer, più fluido dovrebbe essere il movimento e minore dovrebbe essere la latenza di input, ma questo non è necessariamente vero in tutti i casi. Quindi la domanda è: i titoli console dovrebbero poter operare comunque al massimo della velocità possibile? O la performance dovrebbe essere bloccata per arrivare a quel genere di consistenza di cui parla Paul Rustchynsky?

La risposta più semplice è che non c'è una risposta definitiva. Giochi differenti forniscono esperienze diverse perché hanno priorità tecniche diverse e gli stessi giocatori hanno le loro opinioni personali su ciò che funziona meglio per loro in un determinato contesto. Tuttavia, osservando alcuni titoli chiave, siamo in grado di farci un'idea di quello che funziona per noi, e questo pone alcuni dei nostri pezzi di analisi tecnica su giochi specifici nel giusto contesto.

Killzone Shadow Fall è il nostro primo soggetto di analisi: un titolo di lancio PS4 che elabora fotogrammi alla massima velocità possibile consentita dall'hardware della console. L'idea dei Guerrilla è stata di realizzare un gioco capace di reagire al massimo all'input del giocatore: prima questo viene registrato, più rapidamente viene riprodotto a schermo. Tuttavia, una parte del problema è l'implementazione del v-sync. Questa tecnica lega l'aggiornamento del gioco all'aggiornamento del display, in modo da limitare il frame rate ad intervalli precisi di 16 millisecondi. Se il gioco non ha finito di elaborare il frame entro quei 16 ms, come spesso accade con Killzone, bisogna attendere i prossimi 16 per mandare a schermo il frame ritardatario. Se alcuni fotogrammi vengono mandati a schermo ogni 16ms e molti ogni 33ms, il risultato è un aggiornamento irregolare, con conseguente scattio dell'azione e inconsistenza nei controlli.

Un confronto video di Killzone Shadow Fall in esecuzione con il frame rate sbloccato contro i 30 fps bloccati introdotti con una patch. Si va a gusto personale, ma noi preferiamo la coerenza del frame rate bloccato.

Sulla base del feedback da parte della community, Guerrilla ha rilasciato una patch che introduce un blocco di 30 fps permettendoci di confrontare le due modalità in testa a testa. Nel video qui sopra, in esecuzione al 50% della velocità effettiva per sottolineare le differenze, si può vedere la consistenza che il frame rate bloccato a 30 fps aggiunge al gioco, per non parlare della notevole variabilità durante l'esecuzione sbloccata. A nostro avviso, utilizzare la nuova opzione è consigliabile perché aggiunge una certa consistenza al gameplay in termini di feedback visivo e risposta del controller. Dobbiamo anche sottolineare che la nuova modalità di gioco fa miracoli con PlayStation Vita Remote Play. Il frame rate è legato alla frequenza esatta del codificatore video hardware e l'esperienza si trasforma quando si gioca sul palmare di Sony: tutte le incertezze nella riproduzione scompaiono più pesanti sono scomparsi, rendendo Shadow Fall molto più godibile. Abbiamo simulato il gameplay su Vita alla fine del video in modo da potervi mostrare le differenze tra i due.

Mentre la nostra preferenza personale per Killzone Shadow Fall va nella direzione di utilizzare il frame rate bloccato, altri titoli presentano un'esperienza completamente diversa che porta a preferire un frame rate libero. Tomb Raider Definitive Edition è un caso di specie in cui un frame rate libero di oscillare si conferma preferibile per quanto il gioco si comporti in modo simile a Killzone.

Su PlayStation 4, Tomb Raider funziona con un frame rate sbloccato con v-sync attivo, mentre su Xbox One è limitato a 30 fps. In precedenza abbiamo notato la consistenza superiore del gameplay girando a 30 fps su Xbox One ma in definitiva abbiamo preferito la presentazione sbloccata su PS4. Qual è la differenza? È tutta una questione di livello medio delle prestazioni. Le media della versione PS4 è di 50 fps con un gran numero di sezioni operanti a 60 fps fissi. Il risultato? Vediamo più frame aggiornarsi a 16ms, piuttosto che 33ms; quasi l'inverso di Killzone.

Naturalmente un certo scattio si nota ancora, ma il movimento più lento della telecamera laterale in terza persona unita alla ricchezza di aree in cui si viaggia a 60 fps pieni aiuta a minimizzare gli effetti meno desiderabili delle prestazioni sbloccate. Tomb Raider si gioca semplicemente meglio con questo setup, come si vede dal miglioramento tangibile sia del frame rate sia della latenza nell'input, e per molti versi questo rispecchia il profilo delle prestazioni che abbiamo osservato con le versioni Xbox 360 di Call of Duty anno dopo anno.

"La versione PS4 di Tomb Raider si attesta su 50 fps di media con un numerosi spezzoni a 60 fps stabili. L'esempio migliore di come un gioco con il frame rate sbloccato mentre lavora al suo meglio."

La Definitive Edition di Tomb Raider è in esecuzione sbloccata su PlayStation 4, mentre il frame-rate è cappato a 30 fps su Xbox One. Questo ci permette di confrontare i due approcci. Mentre la PS4 presenta più oscillazioni nel frame rate la combinazione di una media 50fps con una telecamera in terza persona significa che l'approccio sbloccato alle prestazioni è più soddisfacente visivamente.

Poi ci sono quelle situazioni in cui un frame rate sbloccato corrisponde a una sincronia verticale disattivata. Abbiamo osservato questa situazione in Titanfall di Respawn Entertainment; un gioco dove il focus principale del gameplay è sui controlli a bassa latenza rispetto all'impatto grafico. Proprio come Killzone, Titanfall è impostato per sfornare quanti più fotogrammi possibile al fine di aumentare la risposta del controller: disattivando la sincronia verticale, non è più necessario aggiornare lo schermo ogni 16 millisecondi. Non appena un nuovo frame è pronto viene inviato a schermo anche se è nella fase di refresh. Questo fenomeno è alla base del disallineamento dell'immagine che definiamo “screen tear”, un effetto collaterale sgradevole che ha un impatto decisamente negativo sulla qualità video, ma permette all'hardware di renderizzare le immagini più velocemente di un titolo come Killzone o Tomb Raider che hanno la sincronia verticale attivata.

Il fenomeno è ben illustrato nel video qui sotto. Fotogrammi, tempo e di conseguenza input lag, sono di solito corrispondenti a una proporzione di 30 fps e 33 ms. Poiché il v-sync non è attivo, non ci sono salti bruschi tra il rendering a 16 e 33 millisecondi e siamo di fronte a una linea coerente che esprime il rapporto frame-tempo. Gli input del controller vengono renderizzati a schermo più rapidamente e in modo più stabile e questa e la situazione ideale: il problema è che bisogna sottostare all'introduzione dello screen tear nel momento in cui l'hardware inizia ad avere il fiato corto. Nel video alternativo, con il blocco a 30 fps, lo screen tear è massicciamente ridotto, ma il feedback visivo è bloccato a 33ms, il che significa controlli meno reattivi. Approcci diversi per giochi diversi, di solito per le giuste ragioni.

Titanfall su Xbox 360 era inizialmente stato programmato con in mente un frame rate bloccato a 30 fps: un'opzione presente nello sparatutto di Respawn nella sua incarnazione finale. Gli sviluppatori hanno spento la sincronia verticale e lasciato il gioco libero di fluttuare con il frame rate scoprendo che la latenza dei controlli era talmente ridotta che il rischio valeva la candela. Il disallineamento dell'immagine non è la soluzione ideale, ma il dividendo è un significativo miglioramento nella percezione del sistema di controllo e di conseguenza del feeling durante il gioco.

Analisi alternativa:

Che si tratti di fluidità visiva o reattività del controller, torniamo a puntare il dito sull'importanza della consistenza e questo si può applicare a un gioco con la sincronia verticale attiva o meno. L'implementazione di Killzone Shadow Fall è un perfetto esempio di gioco bloccato a 30 fps. Lo schermo si aggiorna sessanta volte al secondo (60Hz) mentre il gioco viaggia alla metà esatta, un Herz si e uno no. Il fatto è il gioco dei Guerrilla mantiene un ritmo costante nell'aggiornamento mentre per altri il ritmo della generazione dei frame non è così stabile: alcuni appaiono dopo 16, altri a 33 e una minoranza addirittura 50 millisecondi per essere mostrati. Il risultato finale è sempre di 30 fps al secondo, ma si tratta di una media che deriva dagli strumenti di misurazione, non certo dalla consistenza di cui parlavamo poc'anzi.

Abbiamo notato questo problema nella nostra prima analisi di Need for Speed Rivals che nella sua incarnazione originale faticava a generare frame a un ritmo stabile. Per quanto i Ghost Games siano stati veloci a risolvere il problema con una patch, la generazione di frame a una cadenza regolare rimane un grosso problema per molti altri giochi limitati a 30 frame al secondo.

La conclusione è piuttosto ovvia: per esprimere il livello di performance, il rapporto di frame per secondo è sicuramente adatto a sintetizzare la proficienza tecnica di un gioco. Ma per sua natura si tratta di una media e per questo suscettibile di approssimare un valore che non è indicativo della fluidità del gameplay: e in un secondo,un sacco di cose possono succedere in termini di gameplay. L'introduzione dei grafici frame/tempo nei video di perfomance che corredano le nostre Digital Foundry puntano proprio a dare una rappresentazione visiva dell'esperienza di gioco in grado di evidenziare problemi di gameplay che altrimenti verrebbero mascherati dalla media ponderata. Il rapporto frame/tempo offre un modo più dettagliato per analizzare la performance di un gioco a un livello più avanzato.

"Il concetto di frame rate si riferisce sempre a una media che per sua stessa natura è imprecisa: il frame pacing misura invece la capacità di un gioco di produrre consistentemente immagini in una finestra di tempo ben definita."

Le prestazioni di un gioco non dipendono solo dalla capacità della console o scheda video di generare fotogrammi ma anche del ritmo a cui questi vengono renderizzati. Need for Speed Rivals nella sua incarnazione originale faticava a generare frame a un ritmo consistente: per quanto i Ghost Games siano stati veloci a risolvere il problema con una patch, il ritmo della generazione di frame rimane un grosso problema per molti altri giochi odierni limitati a 30 frame al secondo.

Finora ci siamo concentrati sulle console, in ambito PC le cose sono un filo più complesse. Gli sviluppatori non lavorano su una piattaforma fissa perché il giocatore sceglie il proprio hardware e regola le impostazioni di qualità per soddisfare una particolare esigenza. Per estensione, il numero di potenziali colli di bottiglia può aumentare fino a dieci volte, rendendo impossibile per gli sviluppatori ottimizzare il gioco efficacemente. La soluzione più ovvia per chi cerca un'esperienza da 60 fps è semplicemente quella di installare l'hardware più potente disponibile, ma come abbiamo scoperto questa settimana con i problemi della versione PC di Watch Dogs, anche questa non è sempre un'opzione praticabile, se non altro per una questione di costi.

Se avete acquistato un gioco che ha problemi di prestazioni stabili sul vostro PC, si può scegliere l'opzione di limitare il frame rate a 30 fps allo stesso modo in cui molti sviluppatori realizzano i loro titoli per console. Per quanto molti giocatori PC possano considerare questo escamotage un sacrilegio, i vantaggi sono numerosi, non da ultimo quello di offrire ai possessori di hardware poco performante l'opportunità di giocare gli ultimi giochi con impostazioni di alta qualità, pur mantenendo un livello costante di prestazioni.

Purtroppo, questo trucco non sempre funziona come previsto e molti utenti si sono ritrovati a chiedersi perché un gioco per PC in esecuzione a 30 fps non sembri fluido come la controparte console che opera alla stessa velocità. Non è la differenza tra il mouse e il gamepad, anche se la velocità del mouse look può esacerbare un frame rate più basso: è più che probabile che si tratti di un problema di consistenza. Bloccare il frame-rate a 30 fps su PC è un espediente che non funziona sempre come ci si potrebbe aspettare, soprattutto perché pochi giochi vengono realizzati con limitatori di frame rate integrati. Di quelli che lo fanno, molti non gestiscono la sequenza del frame rate correttamente introducendo quella scattosità nel che rende controproducente utilizzarli. Ancora una volta, Need for Speed Rivals, nella sua incarnazione PC, è un buon esempio di questa situazione.

"Su PC, il numero di potenziali colli di bottiglia può aumentare fino a dieci volte, rendendo impossibile per gli sviluppatori ottimizzare un gioco efficacemente."

La battaglia dei colli di bottiglia. Qui stiamo giocando a Crysis 3 sul nostro PC next-gen in versione Digital Foundry, ovvero una macchina da gioco costruita rimanendo sotto i seicento euro di budget. In questo caso stiamo testando due schede video per il nostro sistema, ma nessuna delle due riesce a fornirci il gameplay consistente che vorremmo: un aggiornamento bloccato a 30 fps potrebbe essere la soluzione migliore.

L'approccio da seguire può percorrere due strade: innanzitutto le statistiche del server RivaTuner presenti nella piattaforma Afterburner di MSI sono preziose tanto quanto l'abilità di questo software di stabilizzare il frame rate in grado di lavorare molto meglio di qualsiasi altro software di terze parti da noi utilizzato. Lo abbiamo usato con successo per stabilizzare giochi con grossi problemi di timing come Darksiders 2 su PC, ottenendo stabilmente 60 fps.

Inoltre, agli utenti Nvidia si consiglia di provare l'opzione di metà-refresh-rate tramite Nvidia Inspector, mentre gli utenti AMD dovrebbero trovare una seconda opzione v-sync all'interno del tool Radeon Pro. Utilizzando queste opzioni in tandem con RivaTuner, la stragrande maggioranza dei giochi dovrebbe operare a 30 fps stabili, salvo intoppi relativi all'accesso a disco o simili. Giocando a titoli PC di fascia alta come Crysis 3 o Metro Last Light, siamo stati in grado di utilizzare le impostazioni di dettaglio più elevate a 1440p, ottenendo un valore di 30fps/33ms coerente nel rapporto frame rate/tempo su una GTX 680. Per le schede di fascia alta potrebbe essere possibile arrivare a una risoluzione da 4K o superiore riuscendo a raggiungere un livello costante di prestazioni. Noi preferiamo sempre l'ebbrezza dei 60 fps, ma è bello avere la possibilità di arrivare stabilmente a 30 fps in determinate circostanze.

Ma perché scegliere un aggiornamento bloccato a 30 fps quando sarebbe possibile ottenere 40, 45, 50 fps? Tutto dipende dalle limitazioni dell'aggiornamento a schermo dei monitor che si attestano sui normali 60Hz. Un valore che limita le velocità di refresh disponibili a 60 fotogrammi al secondo per ottenere un'esperienza di gioco consistente e priva di scattosità. Il refresh rate bloccato è esattamente il problema che Nvidia's G-Sync risolve. Il tearing dell'immagine viene eliminato grazie permettendo alla scheda video di controllare il refresh del monitor e generare un aggiornamento dello schermo solo in concomitanza con la generazione del frame ad esso associato per fare in modo che hertz e frame viaggino in simultanea.

"Il G-Sync di Nvidia riduce notevolmente la scattosità ed elimina i disallineamenti a schermo. È il futuro della tecnologia video ma probabilmente rimarrà a lungo un'esclusiva PC."

Molti giocatori PC preferiscono spegnere la sincronia verticale sopportando il tearing rispetto alla scattosità dell'immagine. La tecnologia G-Sync di Nvidia riesce a coniugare il refresh veloce e la bassa latenza del v-sync spento con la consistenza visiva di quello acceso.

In occasione della nostra prova di G-Sync avevamo scoperto che Nvidia aveva trovato una soluzione hardware quasi perfetta, ma il software non riusciva a stare dietro alla varianza nelle prestazioni per arrivare alle prestazioni perfette. Tuttavia, riteniamo che la combinazione di G-Sync (o FreeSync, l'alternativa di AMD), e la limitazione di prestazioni a un frame-rate predefinito potrebbe essere la soluzione perfetta. Questo consente di controllare lo schermo in combinazione con il puro output del frame rate e vi possiamo garantire che 45 fps bloccati tramite G-Sync è una soluzione dannatamente buona.

Ma l'abilità delle nostre schede video di controllare l'aggiornamento dello schermo, rimarrà confinata al PC? In teoria, una variante del G-Sync potrebbe essere implementata negli schermi mainstream da salotto dando la possibilità a Xbox One e PlayStation 4 di supportarli. Ma stiamo prendendo in considerazione un'evoluzione epocale nella tecnologia video che richiederebbe molto tempo, denaro, e sforzi tecnologici che difficilmente vedremo implementati a favore di una nicchia di utenti nel breve periodo. Nel frattempo, la qualità del gameplay dei giocatori console dipenderà in toto dalle decisioni tecniche degli sviluppatori: una situazione non certo ideale, ma con studi del calibro di Guerrilla Games, Sucker Punch e Bluepoint disposti ad offrire ai giocatori la possibilità di scegliere tra performance bloccata e sbloccata, è bello constatare come certi privilegi siano stati concessi a tipologie di utenti che in passato non avevano mai goduto di tali libertà.

Traduzione a cura di Matteo “Elvin” Lorenzetti

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Riguardo l'autore

John Linneman

John Linneman

Senior Staff Writer, Digital Foundry  |  dark1x

An American living in Germany, John has been gaming and collecting games since the late 80s. His keen eye for and obsession with high frame-rates have earned him the nickname "The Human FRAPS" in some circles. He’s also responsible for the creation of DF Retro.

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