遊戲的"縮水" 與 TLOUR的平行運算技術 - PS

※ [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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