Об улучшении картинки и FPS в играх - PSSR, DLSS, FSR, RSR, XeSS, NIS, ReShade, Magpie и другие

Обычному геймеру всегда не хватает денег. "Больше, выше, красивее" — основной лозунг современных разработчиков игр. "Дороже, богаче, элитарнее" — девиз современных производителей железа. Как совместить противоположности и усесться на два стула?

Предисловие

Для начала хочу отметить, что не являюсь экспертом в этой области, и мои познания в ней сугубо практические — улучшении картинки на старом и слабом оборудовании. За несколько лет столкнулся со множеством новых технологий и решил собрать накопленные знания в небольшую кучку и выложить в виде краткого справочника. Очень многие граждане не до конца осознают, что прогресс идет семимильными шагами и развивается в различных направлениях. Количество технологий и решений с каждым днем растет в геометрической прогрессии.

Слабое железо

Это понятие без конкретики не несет никакого практического смысла. Например, в "нижнем интернете" считается, что RTX 4090 не тянет все игры на максимальных настройках и не подходит для нормальных игр, в то время как многие довольствуются встройками и играют в Free-to-play вроде Dota 2, Valorant, Fortnite или Warframe. Для меня стартовое железо для игр — это GTX 750 или GT 1030: 30 кадров и 720p с минимальными настройками в 95% игр. Показатель не взят с потолка, а привязан к производительности Xbox One S. Слабо, криво, плохо, но многие игры можно пройти со скрипом. Большинство пользователей, которые не имеют финансовых возможностей для апгрейда своего калькулятора, не играют в ААА-игры за $60 даже на скидках.

Игровые новинки и еще чуть-чуть

За свою жизнь я повидал множество игровых проектов. С пары кадров могу определить, дорогая это поделка или бюджетное творение студентов за копейки. А вот мои дети готовы играть в 15 кадров и 640p, если об игре говорят в школе, друзья и знакомые. Они понятия не имеют, что такое частота кадров, разрешение экрана и графические настройки. Они играют в игры, а не видеокартинку.

В этом месте стартует то самое «надо еще чуть-чуть добавить кадров». Мои дети во время учебного года не играют, и у них обычные ПК для выполнения домашних заданий, но летом свободного времени становится чуть больше, и учебный системник немного не тянет игры. У многих ситуации могут быть разные, но это один из сценариев.

Добавить немного кадров и улучшить картинку

AMD, Intel и Nvidia разработали несколько технологий для добавления новых пикселей в исходное изображение. Уникальная фича, уходящая корнями в технологии прошлого. За красивыми названиями стоят алгоритмы сглаживания конца девяностых. Более совершенные, более продвинутые, но волшебства в них нет.

Между Temporal Anti-Aliasing (TAA) и Deep Learning Super Sampling (DLSS) гораздо больше общего, чем многие могут себе представить. Изменение и создание новых пикселей на базе информации из предыдущего кадра используется давно. Все современные "улучшайзеры" имеют свои корни в прошлом. Мало кто понимает, но в улучшении картинки нет ничего революционного. DLSS (FSR) первых версий появились 6 лет назад и проделали большой путь, но база осталась неизменной — анализ исходного изображения и алгоритмы для ее изменения. За счет уменьшения нагрузки на видеокарту, можно увеличить частоту кадров.

Checkerboard Rendering 2016 год

В простонародье — "шахматный рендеринг", разработанный для PS4 Pro. Дает отличные результаты и высокое качество картинки, но были определенные проблемы: на прозрачных объектах, в воде, дыму и других подобных поверхностях явно видны артефакты. Хорошо, но не идеально.

Foveated Rendering и VR-устройства 2017 год

Промежуточная технология для повышения частоты кадров в играх. Изначально разработана для устройств виртуальной реальности, но публично почти не афишировалась. Разрешение картинки увеличивалось в зонах, куда направлен взгляд человека, и снижалось на периферии.

Variable Rate Supersampling (VRSS), Variable Rate Shading (VRS) и Dynamic Resolution Scaling (DRS)

Продолжение технологии Foveated Rendering. Эта технология или ее отдельные элементы присутствуют в тридцати играх, но быстро утратила актуальность. Думаю, многие даже не помнят, что нечто подобное существовало.

Чересстрочная развёртка (interlaced scanning)

В мире розовых пони и летающих единорогов мало представляют, что происходит за пределами персональных компьютеров. Проблема улучшения изображения и плавности картинки появилась задолго до выхода видеокарт Radeon или GeForce. Телевидение столкнулось с этим вопросом еще в 30-х годах прошлого века, и улучшение выводимого изображения — задача столетней давности. Производители телевизоров годами ломают голову над тем, как повысить качество изображения.

Более подробно освещал вопрос в этой теме:

 Персональные компьютеры и Playstation 5 pro - битва с плоскоземельщиками за 60 FPS 

Upscaling hardware 4K

Для старых устройств существуют переходники, масштабирующие изображение и добавляющие сглаживание. Через YouTube трудно уловить разницу — пережатая картинка не позволяет увидеть вау-эффект, но в реальности он существует. Для пользователей ретро-устройств есть огромная ниша гаджетов и переходников, улучшающих качество картинки без необходимости в "новомодных" и разрекламированных видеокартах с передовыми технологиями за большие деньги.

Тест от ElAnalistaDeBits: кабель HDMI со встроенным апскейлером за $25.

Под моими материалами часто можно услышать «диванную» аналитику и утверждения, что для некоторых технологий нужны особые условия и телевизоры не способны самостоятельно выполнять что-то без «векторов» движения и прочей «внутренней» информации от разработчиков. Да. Не могут... Точнее, не могут сие делать на высочайшем уровне с высочайшей точностью, которую могут определить только эксперты. На среднем уровне для обывателей — давно решенный вопрос.

Тест апскейлера от Digital Foundry за $750: навороченный гаджет с миллионом различных настроек для сотен устаревших устройств.

Всеми забытый Linus тестирует несколько хардварных апскейлеров от $10 до $1000 и объясняет в чем разница и почему такая стоимость. В чем отличия и какое влияние на картинку.

Весь смысл данного абзаца — в бюджетных телевизорах отсутствуют отдельные чипы и алгоритмы, но в дорогих устройствах эта технология существует уже долгие годы, и в ней нет ничего уникального. Задолго до появления DLSS и FSR без вмешательства от издателей были созданы алгоритмы, и они работают. Единственный нюанс, с чем телевизоры плохо работают, — это свет, тени, подповерхностное отражение, размытие и тому подобное. В консольных играх подобное редко бывает.

ReShade, FidelityFX, Freestyle  

Отдельное направление в улучшении визуальной составляющей игр — постобработка через прослойку между игрой и видеокартой. Мододелы любят использовать шейдеры для добавления сглаживания, цветокоррекции, динамического освещения и тому подобного без участия разработчиков. Имея общие инструменты и стандартизацию, эти моменты можно внедрять в огромное число проектов за пару кликов.

DLSS или Deep learning super sampling  

Технология от Nvidia, где все расчеты ведутся на специально выделенных RT-блоках. Для простой функции создали механизм, заточенный для выполнения узкоспециализированных операций. Это как асики для майнинга — они работают хорошо только с несколькими алгоритмами. Из данного подхода вытекает несколько проблем: новые технологии требуют новых блоков и не совместимы со старыми. Плохо работают на других платформах.

Об этом редко говорят, но в играх, где технология от Nvidia не используется, RT-блоки становятся балластом. Для понимания суммы переплаты стоит сравнить GTX 1660 Super и RTX 3050, которые в большинстве приложений без «зеленой» технологии имеют соизмеримую производительность.

FSR или FidelityFX Super Resolution 

Технология от AMD с некоторыми оговорками и большой путаницей. Существуют два направления: апскейлинг и трассировка лучей. Для масштабирования и улучшения картинки не используются RT-ядра, и FSR 1/2/3 работает на широкой номенклатуре видеокарт. А вот для трассировки лучей нужны отдельные блоки.Об этом редко говорят, но апскейлинг потребляет часть ресурсов видеокарты. Пока у «зеленых» задействованы специальные блоки и нагрузка на основной чип сведена к нулю, здесь наблюдаются некоторые потери. Вариант качества картинки с запуском игры в 900р на средних и масштабированием до 1080р не всегда будет лучше, чем 1080р на минимальных.

XeSS или Xe Super Sampling

Невиданный зверь от Intel. Он как тот самый суслик. Никто его не видел, но он где-то существует.

Radeon Super Resolution (RSR) и NVIDIA Image Scaling (NIS)

А теперь самые интересные новшества, что редко упоминаются в общественном поле. Две технологии масштабирования в играх через драйвер видеокарты без участия разработчика игр. Прямое растягивание картинки из низкого разрешения в более высокое. 

Я тестировал данные технологии в нескольких играх. Для шутеров или игр с низкой детализацией - панацея для повышения частоты кадров. Но как только речь заходит про проекты с кучей мелких объектов (в моем случае Тotal War: Warhammer III) -  боль, страдания и кровь из глаз.

Детальный разбор от специалиста, что рассматривает под лупой 4 апскейлера и пальцем указывает на разницу в картинке. Ролику уже 2 года и результаты сегодня только улучшились.

Железка без вмешательства со стороны самостоятельно способно улучшать изображение с минимальным числом артефактов. Простой факт, который многие все еще не способны осознать.

Magpie и Lossless Scaling

Ох, уж эти энтузиасты. В одно лицо переворачивают мир и его основы. Без миллиардных вливаний и технологического доминирования с сотнями инженеров они творят чудеса.

Вот вам "уютный подвальчик" тестирует магию на древнем железе в ролике "Старый ПК. Современные игры. 120 fps".

PlayStation Super Resolution (PSSR)

В сентябре 2024 года нам представили новое устройство, а с ним и новую технологию. И возникает вопрос: "А может ли PSSR масштабировать картинку без патчей от разработчиков"? Несколькими абзацами выше я привел несколько примеров, как железка способна улучшать картинку без "векторов" движения и прочей лабуды. Улучшения не идеальны, но большинство обычных геймеров не способны заметить "артефакты" при подобном подходе. Японцы только начинают свой путь в данном направлении, но перспективы видны невооруженным глазом.

Сегодня 12 ноября 2024 года и мне не известно, какие мощности будут утилизироваться под данное изобретение и почему его нет в обычной PS5. Если в видеоядре есть отдельные RT-ядра для данной технологии и АМД смогла оптимизировать их не только для лучей, то в ближайшем будущем мы можем увидеть рывок в графике на консолях.

Послесловие

Сегодня я пробежался лишь по самым верхам и вскользь упомянул множество способов улучшения изображений, но тема бездонная и содержит море информации. Мир технологий гораздо шире, чем многие могут себе представить. Пока одни держат головы в закрытой коробке, другие наслаждаются доступными инструментами и расширяют свой кругозор. Пока "нижний интернет" распространяет свою некомпетентность на всё вокруг, обычные люди пользуются технологиями и кайфуют от прогресса.