影像順暢度深度解析:破解 FPS 盲點、找出影像頓呆的主因

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測試環境一定要有擷取卡

如同前文所言,由於FCAT並非使用傳統軟體方式測量遊戲執行時的FPS,所以需要準備第二台電腦錄製畫面,並分析影片中的色條,以獲取FPS測試結果。需要花錢建構測試環境這項限制,或將成為一般使用者最難跨越的障礙。

上萬元的擷取卡

透過FCAT測量遊戲的FPS總共需要2台電腦,想當然爾其中一台電腦為受測機,而另一台則為擷取機。基本上受測機沒有特殊硬體需求,可以依測試的需求任意配置。而擷取機的要求則高出一些,除了必需具備影像擷取卡之外,也需要有存取效能充足的儲存設備,以記錄龐大的畫格資料。

根據NVIDIA官方測試指南推薦,使用Datapath VisionDVI-DL擷取卡的效果最好。這張擷取卡採PCI-E 4x傳輸規範,支援Dual Link DVI,最高可錄製2160p、8bit RGB的影片,但是它要價約為1,600美元(約合新台幣48,000元)。就FCAT運作的原理而言,並非不能採用其他擷取卡,只要擷取卡能穩定運作於60Hz,不至於漏抓畫面,造成資訊判讀錯誤,就可以滿足使用需求。

影像順暢度深度解析:破解 FPS 盲點、找出影像頓呆的主因

▲1張Datapath VisionDVI-DL擷取卡可抵整台電腦,能夠負擔得起的人應該很少。

儲存裝置不得馬虎

測試過程中將透過VitualDub這套軟體,來儲存擷取卡所錄製的影片,但是為了要避免壓縮影片產生延遲或是漏格,所以影片儲存時不會經過壓縮,因此需要特別注意儲存裝置的容量與存取效能。

官方建議使用3~4顆固態硬碟組成RAID 0陣列(建議使用Intel晶片組RAID功能或Thunberbolt外接盒),或是使用PCI-E固態硬碟,專門供影片錄製使用,並將作業系統安裝於額外的硬碟機中。

在筆者實際測試過程中,僅使用2顆固態硬碟組成RAID 0陣列,並搭配第三顆硬碟做為系統碟。在錄製解析度為1920 x 1080的遊戲畫面時,並沒有產生效能問題,提供給讀者做為參考。

DVI分接器可有可無

基本上目前的顯示卡都具有多組視訊輸出,且可以同時輸出2組以上畫面,所以可以將受測機的其中1組訊號送至顯示器,另一組則送至擷取機。但是在多GPU環境中,NVIDIA的顯示卡具有多顯示器複製功能(clone),能將相同影像送是不同輸出端子,如果使用搭載AMD晶片的顯示卡,就必需使用DVI分接器,將受測機的視訊訊號一分為二,分別送往顯示器與擷取機。

如果不使用分接器的話,還是可以透過擷取機的預覽視窗,確認遊戲進行狀況。不過當遊戲解析度較高時,擷取機可能會因為預覽視窗占用系統資源的影響,而造成影片漏格的問題。如果在測試過程中遇到這種狀況,就必需使用分接器來解決問題。

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▲DVI分接器可以避免在擷取機預覽畫面,影響錄影效能,發生漏格的現象。

實戰:抓出看不見的細節

雖然FCAT的測試環境所費不貲,一般讀者可能無法親自嘗試,不過編輯部還是向廠商借齊測試所需的設備,實際體驗FCAT的運作過程。

關閉垂直同步再測試

垂直同步的功能,在於防止顯示卡繪製畫面的速度,與送出畫面的速度不一樣,造成螢幕上同時顯示多張畫格組成的畫面,造成撕裂的狀況。

當顯示卡效能高於60FPS的時候,當畫格繪製完成後,下一張畫格也將開始繪製,所以當frame buffer送出畫面時,該畫面就會由前後不同畫格拼接而成。若顯示卡效能不足時,情況也很類似,只不過顯示的畫面會由上一張與當張畫格所組成。

開啟垂直同步後,顯示卡將會將繪製速度限制為60的因數,這樣一來在每秒顯示的60個畫格中,就都會是完整的畫面,因此不會有撕裂的問題。垂直同步的副作用就是可能會造成效能浪費,當效能充足時將FPS設為60幀,但效能不足時,顯示卡會等到下一次螢幕更新時,才將繪製完成的畫格送出,於是瞬間FPS將依情況降為30、20、15、12、10、6、5、4、3、2、1等幀數。若效能足以繪製55幀,但是實際運作時會受垂直同步的影響,讓FPS只能達到30幀,其中有25幀的效能就浪費了。

使用FCAT的時目的是找出顯示卡不正常運作的狀況,而開啟垂直同步反而會讓撕裂等問題不發生,所以在本次測試過程中,筆者將關閉垂直同步,以免測試結果受到影響。

專注找出問題畫格

由於FCAT的針對性太強,甚至說它是NVIDIA專門用來對付AMD的工具也不為過。在這情況之下,可以合理假設的是,NVIDIA可能已經做好萬全的準備,才將工具釋出給大眾使用,這雖然代表了NVIDIA確實耗費許多心思在調校自家產品,但卻容易產生公平性的疑慮。

因此筆者在測試過程中,避免對各家產品進行評比,而是將測試的焦點放在找出有問題的畫格,並分析這些瑕疵對畫質造成的影響。為了達到這個目的,筆者並不預先設定受測的顯示卡型號,而是一一嘗試各張顯示卡,查看在測試的過程中是否產生錯誤,若有錯誤則進行分析,若無則改為測試其他顯示卡。

整合上述測試方式,本次測試手法為「故意找出問題」,所得到的結果會因為取樣方式不平均,以及為了找出錯誤的測試目地而受到影響,並不宜由此結果推斷哪間廠牌的產品較出色。

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▲這是典型的遺失畫格狀況,紫色色條後緊接灰色,畫面中缺少了橄欖球色代表的畫格。(圖片來源:NVIDIA)

多套程式拼裝測試

官方也不諱言,FCAT就像拼裝車一樣,是由多套工具程式拼裝而成,且錄影軟體是使用第三方軟體(VirtualDub)達成,目前並沒有統一所有功能的程式可供使用。依測試的流程來看,最先使用的程式為Overlay工具,由它負責將色條貼入Overlay顯示層,接著啟動測試機的受測遊戲,以及擷取機的錄影軟體,將遊戲的畫面錄下來。

待影片錄製完成後,使用萃取工具(extractor)分析影片中的色條長度,並儲存為文字檔型式,最後再使用分析工具(analyze tool),自動將所有資訊匯整分析,並製做圖表以利查閱。

影像順暢度深度解析:破解 FPS 盲點、找出影像頓呆的主因

▲VirtualDub在錄影時可以即時監控影片儲存狀況,儲存設備的速度一定要夠快,才能讓所有畫格都正常儲存。

影像順暢度深度解析:破解 FPS 盲點、找出影像頓呆的主因

▲萃取工具會自動分析所有畫格中的色條長度,並記錄為分析工具可以讀取的格式,解決了不可能人肉分析的問題。

(後面還有更多實測內容!)

國寶大師 李文恩
作者

電腦王特約作者,專門負責硬派內容,從處理器、主機板到開發板、零組件,尖端科技都一手包辦,最近的研究計畫則包括Windows 98復活與AI圖像生成。

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一定要配溫開水
2.  一定要配溫開水 (發表於 2013年6月21日 02:27)
※ 引述《劈你是為你好》的留言:
> 標題寫的動人,內容卻完全讓一般人看不懂

深度解析這種東西
不是給小孩子看的╮(╯_╰)╭
FUCXSOP
3.  FUCXSOP (發表於 2013年6月21日 11:58)
這個國寶大師是在亂寫個什麼東西
開啟垂直同步並不會造成效能的浪費好嗎
垂直同步的作用是強迫顯示卡把繪圖時序抓在一個穩定的時間間隔上
以避免顯示卡不斷用最高效能無窮盡的輸出

"若效能足以繪製55幀,但是實際運作時會受垂直同步的影響,讓FPS只能達到30幀,其中有25幀的效能就浪費了。"

這 25 幀並不是浪費
而是顯示卡被系統命令限制叫它不要畫這 25 幀
所以這 25 幀在開啟垂直同步後就根本不存在了
如果畫了 55 幀卻只輸出 30 幀那才叫真的浪費
但垂直同步明顯並不是這個樣子 ╮(╯_╰)╭

所以相反的
關閉垂直同步才會造成效能的浪費
尤其在超過 60 幀的情況下 ╮(╯_╰)╭
國寶大師 李文恩
4.  國寶大師 李文恩 (發表於 2013年6月22日 14:50)
※ 引述《SOP》的留言:
> 這個國寶大師是在亂寫個什麼東西
> 開啟垂直同步並不會造成效能的浪費好嗎
> 垂直同步的作用是強迫顯示卡把繪圖時序抓在一個穩定的時間間隔上
> 以避免顯示卡不斷用最高效能無窮盡的輸出
>
> "若效能足以繪製55幀,但是實際運作時會受垂直同步的影響,讓FPS只能達到30幀,其中有25幀的效能就浪費了。"
>
> 這 25 幀並不是浪費
> 而是顯示卡被系統命令限制叫它不要畫這 25 幀
> 所以這 25 幀在開啟垂直同步後就根本不存在了
> 如果畫了 55 幀卻只輸出 30 幀那才叫真的浪費
> 但垂直同步明顯並不是這個樣子 ╮(╯_╰)╭

應該是我文章沒有寫的很清楚的關係,導致有些誤會

我想表達的是,如果你買了一張高階顯示卡,它能提供55幀的效能,而你開起垂直同步後,它就只能輸出30幀,效能表現可能變成與低階顯示卡一樣。

我說的效能浪費指的就是這段落差。
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