نگاهي عميق به Tessellation
نويسنده: محمد نادر
شما هزينه بالايي براي خريد يک کارت گرافيکي مدرن سازگار با DirectX 11 خرج کرده ايد و با اشتياق منتظر مشاهده تفاوت هاي آن با مدل هاي قديمي تر هستيد. اما گذشته از تفاوت عملکرد، آيا بايد منتظر مشاهده تفاوت ديگري نيز باشيد؟ آيا مي دانيد که يک گزينه جديد به تنظيمات بازي هاي منطبق با DirectX 11 اضافه شده است؟ فناوري Tessellation براي ارتقاي سطح کيفي بازي ها و بهبود ظاهر آن ها در نظر گرفته شده است. کارت هاي سازگار با DirectX 11 از اين فناوري به صورت سخت افزاري پشتيباني مي کنند. اما گذشته از اين که فناوري Tessellation دقيقاً چيست و چه کاري انجام مي دهد، بايد ديد که فناوري مذکور چقدر در دستيابي به هدف خود موفق بوده و رسيدن به سطح چشمگيري از بهبود بصري چه هزينه اي را بر عملکرد سيستم شما به همراه خواهد داشت. اين همان موضوعي است که در مقاله حاضر به بررسي آن خواهيم پرداخت.
بر هيچکس پوشيده نيست که تقاضاي موجود در حوزه سرگرمي، نيروي محرکه غالب در پيشرفت سخت افزارهاي کامپيوتري بوده است. تا اواخر دهه نود ميلادي، نرخ کلاک يک واحد پردازنده مرکزي( CPU) و مقدار حافظه نصب شده( RAM) تا حدودي بر عملکرد يک سيستم در بازي ها تأثير مي گذاشتند.
با از راه رسيدن Glide API و کارت هاي شتاب دهنده گرافيکي الحاقي که نام تجاري Voodoo را بر خود داشتند، همه چيز تغيير کرد. نوآوري 3dfx Interactive، شيوه نگاه کردن برنامه نويسان و طراحان به بازي هاي ويديويي را تغيير داد. از آن زمان به بعد، هر نسل جديد از API مذکور و متعاقب آن کارت هاي گرافيکي 3dfx با قابليت پشتيباني از اين API تلاش مي کردند تا گرافيک هاي بهتر، سريع تر و تا حد امکان واقع گرايانه تري را به جامعه بازي کنندگان PC تحويل دهند.
مايکروسافت با درک اهميت اين بازار، DirectX API خودش را در اواسط دهه 90 ميلادي معرفي کرد. با وجود آن که DirectX و Glide براي مدتي به همزيستي پرداختند، اما در نهايت Glide تحت الشعاع قدرت و نفوذ API مايکروسافت قرار گرفت. در واقع DirectX 9.0 هنوز يکي از مؤلفه هاي مهم مورد علاقه توسعه دهندگان بازي ها است. هرچند که ميراث ويندوز اکس پي به شمار مي آيد.
مايکروسافت در يک تلاش براي ترويج سيستم عامل ويندوز ويستا و معرفي ابزارهاي جديدي براي برنامه نويسان، دهمين بازنويسي DirectX را عرضه کرد. ارائه DirectX 10 API با معرفي واحدهاي Shader پيکسلي و رأسي متحد شده، همراه بود. مهم ترين تغيير در اين نسخه، معرفي واحدهاي Shader هندسي بود.
با وجود آن که DirectX 10 امکان کد نويسي بسيار دقيق تر و آزادي بيشتر در زمينه تخصيص بار براي خط لوله قابل برنامه ريزي تراشه گرافيکي را به همراه داشت، اما به موفقيت چنداني دست پيدا نکرد و بايد جاي خود را به يک نسل پيشرفته تر از اين API مي داد. مايکروسافت DirectX 11 API را در ماه ژوئيه سال 2009 به همراه آخرين سيستم عامل خود يعني ويندوز 7 معرفي کرد. در ميان ويژگي هاي کليدي که اين غول نرم افزاري با پشتيباني طراحان پيشگام تراشه هاي گرافيکي به ترويج آن ها پرداخت، نام اميدوارکننده فناوري Tessellation سخت افزاري به چشم مي خورد.
حالا پس از گذشت بيش از يک سال از آن زمان، هنوز به ندرت مي توان برنامه هايي را يافت که از DirectX 11 پشتيباني کنند. از سوي ديگر، دو شرکت AMD و Nvidia محصولاتي را با قابليت پشتيباني کامل از DirectX 11 معرفي کرده اند، که مي توان انتظار داشت سرانجام بهره گيري از اين API وضعيت جدي تري پيدا کند. در حالي که عناوين بيشتري با در نظر گرفتن آخرين API توسعه پيدا مي کنند، ما بيشتر با اين پرسش در ذهن خود مواجه مي شويم که فناوري Tessellation سخت افزاري واقعاً چيست و به چه چيزي مربوط مي شود. ما در اين مقاله تنها به بحث درباره فناوري Tessellation خواهيم پرداخت، اما در عين حال ميزان تأثير آن در هر دو حوزه بصري و نياز به قدرت پردازشي را مورد بررسي قرار مي دهيم.
در اکتبر سال 2001، اولين کارت هاي گرافيکي Radeon 8500 توسط شرکت ATI( که در آن زمان مستقل بود) عرضه شدند. در ميان فناوري هاي اين محصول، يک فناوري با نام TruForm به چشم مي خورد که به صورت سخت افزاري پياده سازي شده بود. TruForm اساساً يک فناوري بافت گرافيکي بود که از N Patches براي ايجاد يک سطح واقعاً منحني با استفاده از مثلث هاي موجود استفاده کرده و در نتيجه، اين سطح را براي ايجاد يک مدل چند ضلعي جديد با جزئيات بيشتر، Tesselled مي کرد.
متأسفانه فناوري TruForm نتوانست طراحان بازي ها را به طور جدي تحت تأثير قرار دهد. مشکلات بصري مداوم با سلاح ها و قسمت هاي مختلف بدن که حالتي بادکنکي پيدا مي کردند، مستلزم تلاش اضافه اي براي توليد مدل هاي جداگانه براي حالت هاي فعال و غيرفعال اين فناوري بود. مهم تر اين که، Nvidia پس از تجربه شيوه هاي N Patches و RT Patches تصميم گرفت که توسعه يک فناوري رقيب براي آن ها را به کلي کنار بگذارد. در نهايت، ATI نيز پشتيباني از TruForm را در درايورهاي Catalyst خود غيرفعال کرد، هرچند که سخت افزار اين شرکت هنوز مي توانست در صورت نياز محاسبات مربوطه را انجام دهد.
پيش از تبديل شدن Tessellation سخت افزاري به يک ابزار ماندني، ابتدا بايد فرآنيد استانداردسازي در ميان تمام محصولات اين حوزه انجام مي شد. بدون ترديد، فناوري Tessellation با وجود مشکلات خود، هنوز بيانگر يک مفهوم نويدبخش بود و تنها به اندکي حمايت بيشتر از يک بازيکن قدرتمندتر بازار در مقايسه با ATI و Nvidia نياز داشت.
در ظاهر همه چيز بسيار ساده به نظر مي رسد. مثلث هاي بيشتر به معناي کيفيت بهتر هستند، بدون آن که نيازي به تخصيص منابع بيشتر داشته باشند. در واقعيت، اين فناوري کاري بسيار بيشتر از ايجاد جذابيت بصري براي چشم انجام مي دهد. براي مثال، مي توان از تکنيکي با نام نگاشت جابجايي( Displacement Mapping) براي ارتقاي کيفيت تصوير با محاسبات Tessellation استفاده کرد. نقشه جابجايي ( Displacement Map)، بافتي است که اطلاعات ارتفاع را در يک مدل يا صحنه معين ذخيره مي کند. هنگامي که اين بافت بر روي يک سطح اعمال مي شود، به رئوس موجود بر روي سطح امکان مي دهد تا براساس اطلاعات ارتفاع به بالا يا پايين جابجا شوند. محبوب ترين روش براي بهره گيري از اين تکنيک، اعمال نقشه هاي جا به جايي بر روي سطوح عوارض زمين به منظور ايجاد کوه ها، دره ها، ساحل رودخانه ها، دهانه هاي آتشفشان و ... است. براي انجام نگاشت جا به جايي به صورت روان و قابل قبول، سطح مورد نظر بايد از تعداد زيادي رأس تشکيل شده باشد. اگر يک مدل رندر شده داراي تعداد ناکافي از رئوس باشد، هيچ مقداري از Tessellation مابين آن ها نمي تواند يک مدل واقعاً طبيعي را ايجاد کند.
از آنجايي که خط لوله Tessellation در DirectX 11 قابل برنامه ريزي است، مي توان از آن براي حل تعداد زيادي از مشکلات گرافيکي استفاده کرد.
Tessellation که توليد بخش هاي بسيار بزرگي از سطوح سرزميني را تحت تأثير قرار داده است، به همراه روش ديگري با نام الگوريتم پاکسازي مي تواند نرمي و همواري بخش هاي مختلف بدن يک کاراکتر، سطوح منحني يک اتومبيل و بعضي از جزئيات کوچک ديگر را ارتقا دهد. اين اولين روش Tessellation بود که فناوري TruForm شرکت ATI با کمک مثلث هاي PN( که تحت عنوان N Patches نيز شناخته مي شدند) از آن استفاده مي کرد. الگوريتم مثلث هاي PN، مدل هايي با تفکيک پذيري پايين را به سطوح منحني تبديل مي کند که به صورت يک مدل شبکه اي( Mesh) با مثلث هايي که براساس Tessellation دقيق به دست آمده اند، ترسيم مي شود.
آخرين نکته درباره پياده سازي Tessellation سخت افزاري که اهميت آن از ساير جنبه هاي قبلي کمتر نيست، به استفاده از اين فناوري در دنياي منابع و قدرت پردازشي محدود مربوط مي شود. توسعه دهندگان بازي ها براي سال هاي طولاني مجبور بودند مرزهاي صحنه را با ديوارها، مه و يا کوهستان هاي بلندي بپوشانند. در بعضي از موارد حتي اشياي دور به طور ناگهاني ظاهر يا ناپديد مي شدند که در نتيجه احساس کلي بازي را مختل مي کردند. اين وضعيت به همان اندازه که مي تواند ناخوشايند و غيرواقعي به نظر برسد، يک جنبه ضروري براي نگهداشتن فشار کاري هندسي در يک سطح قابل قبول به شمار مي آيد. خوشبختانه Tessellation سخت افزاري مي تواند اين مشکل را با آدرس دهي شناور ميزان جزئيات در يک صحنه معين، برطرف کند. حتي اگر شما يک قصر قرون وسطايي پيچيده و يا يک شهر مدرن داشته باشيد، هر دو آن ها از يک فاصله دور تنها به صورت چند مثلث ساده رندر خواهند شد، اما هرچه فاصله کاراکتر شما با آن ها کمتر مي شود، به طور پيوسته جزئيات بيشتري به مدل اضافه خواهد شد تا کل تجربه بيننده کم و بيش به شرايط واقعي نزديک تر باشد.
با توجه به اين واقعيت که در حال حاضر کارت هاي گرافيکي پشتيباني کننده از فناوري Tessellation سخت افزاري در سطوح و قيمت هاي گوناگوني توسط هر دو شرکت AMD و Nvidia روانه بازار شده اند، ما تصميم گرفتيم تأثير بهره گيري از اين فناوري در بازي ها را از هر دو جنبه ارتقاي کيفيت ظاهري و همچنين فشار عملکردي بررسي کنيم.
پردازنده Core i7-975 Extreme Edition اينتل( 33/3 گيگاهرتز)
مادربرد GA-EX58-Extreme گيگابايت ( چيپ ست X58 اينتل)
6 گيگابايت حافظه Corsair XMS3-12800C9
(2×3 گيگابايت، 1333 مگاهرتز، 24-9-9-9)
درايو ديسک سخت Spinpoint F1 سامسونگ ( 1 ترابايت، 32 مگابايت بافر، SATA II)
نمايشگر Dell 3007WFP
سيستم عامل Windows 7 Ultimate 64-bit
درايورهاي Nvidia GeForce و ATI Catalyst به صورت زير پيکربندي شده بودند:
ATI Catalyst:
Smoothvision HD: Anti-Aliasing:Use application settings/Box Filter
Catalyst A.I.:Standard
Mipmap Detail Level:High Quality
Wait for vertical refresh:Always Off
AAMode:Quality
Other settings:default
Nvidia GeForce:
Texture filtering-Quality:High quality
Vertical sync:Force off
Antialiasing-Gamma correction:On
Antialiasing-Transparency:Mul sampling
CUDA-GPUs:All
Set PhysX configuration:Auto-select
Ambient Occlusion:Off
Other settings:default
ما بالاترين سطح جزئيات در هر بازي را با استفاده از ابزارهاي استاندارد تأمين شده توسط خود بازي از منوي آن انتخاب کرديم. فايل هاي پيکربندي بازي به هيچوجه ويرايش نشده اند، زيرا کاربران عادي چيزي درباره نحوه انجام اين کار نمي دانند. ما آزمايش هاي خود را در تفکيک پذيري هاي 900×1600، 1080×1920 و 1600×2560 اجرا کرديم. در هر جايي که اين امکان وجود داشته، ما MSAA 4x Antialiasing را به فيلترگذاري 16x Anisotropic استاندارد اضافه کرده ايم، مگر آنکه مشخصاً به وضعيت ديگري اشاره کرده باشيم. Antialiasing از منوي بازي فعال شده است.
ATI Radeon HD 5830
Nvidia GeForce GTX 480
Nvidia GeForce GTX 460
عملکرد با استفاده از ابزارهاي خود بازي ها اندازه گيري شده است. ما نه تنها سرعت متوسط، بلکه حداقل سرعت کارت ها را در موردي که امکانپذير بوده است، اندازه گيري کرده ايم. در ساير موارد، عملکرد به صورت دستي با استفاده از يوتيليتي Fraps 3.1.3 اندازه گيري شده است. در حالت اخير، ما آزمايش ها را سه بار تکرار کرده و سپس ميانگين سه نتيجه به دست آمده را براي مقايسه هاي عملکردي مورد استفاده قرار داده ايم.
امتياز الهام بخش Stalker سال ها با ما بوده و حالا شروع به خودنمايي کرده است. بازي اصلي در اوايل سال 2007 منتشر شد و به سرعت تحسين عمومي را به خاطر ارايه بسيار خوب اتمسفر يک دنياي تغيير يافته بر اثر تشعشات راديو اکتيويته، به دست آورد. در سال 2010، تجربه کلي بازي حتي با يک موتور ارتقا يافته X-ray نيز هنوز حال و هواي DirectX 8.1 را دارد، تنها با چند ويژگي جذاب نظير شعاع هاي نور خورشيد، سايه هاي نرم و نورپردازي HDR.
همين موضوع در مورد پشتيباني از Tessellation نيز صادق است. در اين مورد نيز وضعيت بيشتر به يک کار سرهم بندي شده شباهت دارد تا يک پياده سازي مستحکم. بعضي از مدل هاي حيوانات و جزئيات کوچک تجهيزات NPCها، تنها مواردي هستند که فناوري مذکور در آن ها مورد استفاده قرار گرفته است.
افت عملکرد به خاطر استفاده از Tessellation در S.T.A.L.K.E.R.:Call of Pripyat نسبتاً پايين و در عين حال ثابت است.
ما عمداً روال عادي بازي را تغيير داديم تا NPCهاي بيشتري براي مدت زماني طولاني در فريم حضور داشته باشند. به طور کلي، تفاوت همچنان در سطح 1 فريم باقي ماند. بنابراين به سختي مي توان قضاوت کرد که کدام معماري تراشه، الگوريتم هاي Tessellation را به بهترين شکل ممکن پياده سازي مي کند.
در مورد ارتقاي کيفيت تصوير، مي توانيم بگوييم که Tessellation کار خود را به خوبي انجام مي دهد و تغيير ناخوشايندي را در هموارسازي بعضي از اشيا ايجاد مي کند، تنها نکته منفي اين است که موارد واقعاً اندکي براي لذت بردن از آن در بازي وجود دارند. احتمالاً موتور S.T.A.L.K.E.R که ريشه هاي آن در کتابخانه هاي قبلي DirectX قرار دارند، قادر نيست امکان پياده سازي آسان فناوري Tessellation را در مقياس گسترده اي فراهم کند. اجازه بدهيد اميدوار باشيم که عناوين جديدتر واقعاً بتوانند بازي را با پشتيباني ذاتي از Tessellation تغيير دهند.
الگوريتم هاي Tessellation در اين بازي تنها براي کسري از محاسبات لازم، مورد استفاده قرار گرفته اند. هر دو طراحي Nvidia و ATI تقريباً عملکرد مشابهي را قبل و بعد از فعال شدن Tessellation به نمايش مي گذارند. به رغم اين واقعيت که AMD بازي مذکور را به عنوان يک تجربه DirectX 11 واقعي ترويج مي کرد، در واقع موتور آن براساس مشخصات DirectX 9 ايجاد شده است، البته با چند ويژگي اضافي براي صاحبان آخرين نسل کارت هاي گرافيکي.
از آنجايي که Aliens vs.Predator نه تنها براي PC بلکه براي کنسول هاي Xbox 360 و Playstation 3 نيز به فروش مي رسد، بايد توجه داشته باشيد که کنسول هاي مذکور قادر به پشتيباني از ويژگي هاي پيشرفته DirectX 11 نيستند. اين وضعيت باعث مي شود که تعداد سطوح و مدل هايي که از Tessellation بهره مي گيرند درست همانند S.T.A.L.K.E.R.:Call of Pripyat محدود باشد. شما تنها بر روي بدن پيچيده و شبيه به مار نژاد Aliens متوجه مزيت استفاده از اين فناوري مي شويد . احساس کلي حرکات بدن به طور چشمگيري ارتقا يافته، اما براي آن که متوجه اين موضوع شويد بايد مدت زيادي بدون شليک کردن به اين موجودات به آن ها نگاه کنيد، وضعيتي که در يک بازي FPS بسيار دشوار است. به همين دليل، واقعاً به سختي مي توان گفت که استفاده از Tessellation سخت افزاري تجربه اجراي بازي AvP را تغيير مي دهد، اما هنوز يک قابليت چشم نواز است.
الگوريتم هاي Tessellation در Dirt2 مي توانند در سه حالت فعال شوند. با قرار دادن تنظيمات بازي در وضعيت ULTRA، امکان دسترسي به Hardware Tessellated Animated rowds فراهم مي شود که تماشاچيان واقعي تري را در اطراف مسيرهاي مسابقه ايجاد مي کند، بدون آن که نيازي به انجام محاسبات بيشتر توسط GPU داشته باشد.
در حالت بعدي، موتور بازي با کمک DirectX 11 از مثلث هاي PN خميده براي افزايش وضوح و نرمي مدل هاي رندر استفاده مي کند. بدون ترديد هواداران تشويق کننده در امتداد مسير مسابقه ظاهر واقعي تري پيدا مي کنند، اما تنها اندکي. دليل اين وضعيت آن است که مدل هاي اصلي به حدي ساده و ابتدايي هستند که حتي شديدترين الگوريتم هاي Tessellation نيز نمي توانند آن ها را به طور جدي تغيير دهند.
حوزه بعدي بهره گيري از Tessellation، سطح آب است. اين ويژگي در تنظيمات بازي با عنوان Hardware Tessellated Dynamic Water شناخته مي شود. ايده اصلي ويژگي مذکور، توليد مثلث هاي بيشتر است تا آب را برحسب نزديکي مسير دوربين به آن، واقعي تر نشان دهد.
در اين مورد خاص، Domain Shader از بافت حوزه ارتفاع نمونه برداري مي کند تا Tesselled Mesh را به صورت متناظر با آن جابجا کند و نتيجه نهايي، يک سطح آبي بسيار واقع گرايانه تر و از نظر فيزيکي دقيق تر را فراهم مي کند.
بخش نهايي بهبود Tessellation، در قالب Hardware Tessellated Dynamic Cloth خودنمايي مي کند. اين گزينه، روش رندر صفحات پلاستيکي، پرچم ها و ساير سطوح پارچه اي توسط موتور بازي را تغيير مي دهد.
در اينجا نيز موتور بازي از مثلث هاي PN خميده براي ارتقاي کيفيت اشياي مذکور استفاده مي کند. نتيجه نهايي، يک انيميشن بسيار روان تر از اشياي پارچه اي در اطراف مسير مسابقه است. اما بايد ديد که به دست آوردن کيفيت بالاتر رندر نهايي، چه هزينه اي را به همراه خواهد داشت.
اگر تصميم بگيريد Tessellation سخت افزاري را در بازي Dirt2 فعال کنيد، نيازي نداريد که به دنبال قابليت هاي اورکلاکينگ بيشتر و يا کارت هاي گرافيکي سريع تر باشيد. هر دو گروه محصولات Nvidia و ATI الگوريتم هاي Tessellation را بدون هيچ تأثير قابل ملاحظه اي پردازش مي کنند. بزرگ ترين افت عملکرد در آزمايش هاي ما، معادل دو درصد در نرخ فريم متوسط بود.
با هدف دستيابي به سطح بالاتري از کيفيت و تأثيرگذاري کلي بر روي بازيکنان، Codmasters کار بسيار خوبي را در زمينه پياده سازي الگوريتم هاي Tessellation در آخرين شبيه ساز مسابقات رالي خود انجام داده است. واقعاً تأسف آور است که با سرعت 160 کيلومتر در ساعت، شما زماني براي تماشاي دقت فيزيکي آب يا زيبايي جمعيت تماشاچي و پرچم ها نخواهيد داشت. از جنبه مثبت، خود فناوري واقعاً کار مي کند و تأثيري بر نرخ فريم بازي شما نمي گذارد.
Tessellation بر روي مدل هاي انساني و حيواني مورد استفاده قرار گرفته است. در ابتدا شما به سختي مي توانيد متوجه تفاوت ها شويد، اما با ادامه بازي پس از فعال کردن Tessellation سخت افزاري، يک احساس کامل تر را از کل تجربه بازي به دست مي آوريد. بيان و يا نمايش اين موضوع با تصاوير واقعاً دشوار است، اما Tessellation اتمسفر دنياي Metro 2033 را ارتقا مي دهد. تصوير نهايي الزاماً داراي جزئيات بيشتري نيست، اما خود را با يک احساس 3 بعدي تر نمايش مي دهد، بدون آن که از نمايشگرهاي گران قيمت يا عينک هاي سنگين استفاده کرده باشيد.
افت عملکرد در Metro 2033 به طور چشمگيري متغير است. گرچه در اکثر موارد اين جريمه عملکردي در حدود 10 تا 20 درصد است، اما Nvidia GeForce GTX 480 با اجراي الگوريتم هاي Tessellation در تفکيک پذيري 1600×2560 مشکلاتي داشت. افت عملکرد در اين مورد خاص نزديک به 50 درصد بود، نه عددي که شما به طور عمومي مايل به مشاهده آن هستيد.
گزينه Hardware Tessellation در بازي Metro 2033 واقعاً شما را وادار مي کند تا پيش از تصميم گيري درباره فعال کردن (يا نکردن) آن خوب فکر کنيد. از يک سو، شما از مدل هاي نرم تر و کاراکترها و هيولاهاي زنده تري در بازي لذت خواهيد برد. از سوي ديگر، با بلعيده شدن عملکرد ارزشمند کارت گرافيکي شما توسط محاسبات Tessellation، نرخ فريم پايين تر آمده و رواني اجراي کلي بازي که در يک بازي FPS به آن نياز داريد را مختل مي سازد.
مقايسه Stone Giant يک دموي فني بسيار زيبا است که نشان مي دهد توسعه دهندگان بازي ها با استفاده از ابزارهاي قدرتمندي نظير Tessellation قادر به انجام چه کارهايي خواهند بود.
تنها براي نشان دادن ميزان واقعي تغييراتي که بر روي هندسه مدل ها اعمال مي شوند، BitSquid شامل يک حالت وايرفريم است. بهبود کلي کيفيت، واقعاً چشمگير است. ديواره ها و مدل خود غول تا حدود زيادي از به کارگيري الگوريتم هاي Tessellation بهره مي گيرند. حتي در يک تنظيمات متوسط، تصوير طبيعي تر به نظر مي رسد و اگر بخواهيد کمي نرخ فريم بيشتر را براي دستيابي به تنظيمات بالا صرف کنيد، نتيجه نهايي حتي براي مشکوک ترين افراد به فناوري Tessellation سخت افزاري نيز نااميد کننده نخواهد بود.
به لطف يک گزينه در اين ابزار مقايسه اي، امکان ارزيابي عملي فشارهاي کاري سطوح متفاوت محاسبات Tessellation که توسط اين مقايسه انجام مي شوند را اندازه گيري کنيم.
از آنجايي که فناوري Tessellation در هر بخش از DNA اين ابزار مقايسه اي وجود دارد، افت عملکرد کاملاً قابل پيش بيني است. محاسبات پيچيده بر روي ديوارها و مدل Stone Giant به 11 تا 27 درصد افت در عملکرد خانواده محصولات Fermi شرکت Nvidia منتهي شدند. افت عملکرد براي محصولات AMD حتي از اين سطح نيز بالاتر است. معماري Ev-erGreen با تنظيمات بالاي Tessellation دچار مشکل شده و تفاوت چشمگيري تا سطح 52 درصد افت کيفيت را به نمايش مي گذارد.
با توجه به اين واقعيت که Stone Giant ذاتاً يک آزمايش مصنوعي است، به نظر مي رسد که محصولات Nvidia هنوز گزينه هاي بهتري براي محاسبات مربوط به Tessellation هستند. از سوي ديگر، مادامي که شما اشتياق خود را در سطح متوسطي حفظ کنيد، محصولات AMD نيز به همان اندازه خوب خواهند بود.
Tessellation در اين آزمايش مقايسه اي در هر نقطه اي که بتوانيد چشمان خود را بر روي آن قرار دهيد پياده سازي شده است. ساختمان ها، طناب ها، مجسمه اژدها، پله ها، سنگفرش خيابان و هر چيزي ديگري با پياده سازي فناوري Tessellation سخت افزاري ارتقا يافته يا تحت تأثير آن قرار گرفته، تفاوت چشمگيري را ايجاد مي کند.
براي کمک به ارزيابي بارهاي کاري متفاوتي که الگوريتم هاي Tessellation مي توانند بر پردازنده گرافيکي شما تحميل کنند، Unigine Corp . سه حالت Tessellation را در اين مقايسه فراهم کرده است:
حالت Moderate: اين حالت براي مقايسه محصولات عمومي در نظر گرفته شده و عملکرد قابل قبولي را بر روي دامنه گسترده اي از سخت افزارهاي DX 11 فراهم مي کند.
حالت Normal: حالت پيش فرض قابل دسترسي در اين مقايسه که سطح بهينه اي از نسبت کيفيت به عملکرد را نمايش مي دهد. اين حالت با بهره گيري از فناوري Tessellation سخت افزاري به تفاوت بصري برجسته اي دست پيدا مي کند.
حالت Extreme: براي انطباق با چشم انداز نسل هاي بعدي سخت افزارهاي منطبق با DirectX 11 طراحي شده که Tessellation را در يک تا دو سال آينده به سطح نهايي آن خواهند رساند.
اگر قرار باشد بازي هاي آينده با رهنمودهاي Unigine Corp ساخته شوند، توسعه دهندگان تراشه هاي گرافيکي بايد شيوه هاي خود براي طراحي معماري را مورد بازنگري قرار دهند. حتي در حالت Moderate نيز هر دو کارت گرافيکي Radeon HD 5870 و Radeon HD 5830 نزديک به 18 تا 24 درصد از عملکرد خود را از دست مي دهند. با اجراي حالت Extreme، آينده براي معماري امروزي بيش از پيش تيره و تار مي شود. يک کارت گرافيکي مدرن 400 دلاري که 11 تا 18 فريم بر ثانيه را توليد مي کند، منظره خوشايندي براي استناد به شمار نمي آيد. تنها دلداري احتمالي اين است که خود Unigine Corp مي گويد اداره چنين فشار کاري قطعاً براي محصولات گرافيکي امروزي بسيار دشوار خواهد بود.
شرکت Nvidia تراشه Fermi خود را به عنوان اولين خانواده کارت هاي گرافيکي معرفي مي کند که با در نظر گرفتن فناوري Tessellation سخت افزاري به عنوان يکي از ويژگي هاي کليدي طراحي شده است و Heaven Benchmark مي تواند شاهدي بر اين مدعا باشد. بدون ترديد GeForce GTX 480 و GeForce GTX 460 عملکرد بهتري را در مقايسه با رقباي خود در اردوگاه AMD به نمايش گذاشته اند. ما شاهد افت عملکردي در حدود 10 تا 20 درصد با تنظيمات Moderate هستيم. در مورد حالت Extreme، حتي قدرتمندترين عضو اين خانواده يعني GeForce GTX 480 نيز از يک افت عملکرد 30 تا 40 درصدي رنج مي برد.
ارزيابي کيفيت در يک وضعيت ترکيبي قرار دارد. آيا Tessellation با يک تفاوت واقعي در بازي هاي ويديويي امروزي همراه است؟ به طور خلاصه، مادامي که شما با اين فناوري به عنوان يک تکامل رفتار کنيد نه يک تحول، بله، چنين تفاوتي را ايجاد مي کند.
حتي اگر Tessellation سخت افزاري براي رندر بخش هاي کوچکي از يک فريم مورد استفاده قرار گرفته باشد، نظير جزئيات NPC در S.T.A.L.K.E.R.:Call of Pripyat يا مدل هاي Alien در بازي ويديويي Aliens vs. Predator، باز هم بر احساس بصري بازي تأثير مي گذارد. بازي Colin McRae:Dirt2 يک مورد خاص به شمار مي آيد و اگر شما واقعاً توجه کنيد مي توانيد ببينيد که فناوري Tessellation جذابيت هاي بصري گوناگوني را به بازي اضافه مي کند، اما در واقع شما هنگام دنبال کردن مسير در يک اتومبيل مسابقه اي زمان کافي براي لذت بردن از اين نما را در اختيار نخواهيد داشت.
بازي ويديويي Metro 2033، مقايسه Stone Giant benchmark و مقايسه Heaven در سمت ديگر قرار گرفته اند. اين عناوين، نسل جديدتري از برنامه ها به شمار مي آيند که به طور گسترده تري از الگوريتم هاي Tessellation استفاده مي کنند. اگر واقعاً مي خواهيد بدانيد که قرار است بازي هاي آينده چه ظاهر داشته باشند، يکي از اين برنامه ها را دانلود کرده يا بخريد و آن را بر روي يک کارت گرافيکي سازگار با DirectX 11 اجرا کنيد. پله ها ديگر شبيه يک شيب به نظر نمي رسند و سنگ هاي داخل ديوارها داراي حجم خواهند بود. البته شما بايد بهايي را براي دستيابي به چنين تغييرات قابل ملاحظه اي بپردازيد.
در زمينه افت عملکرد خام معماري هاي Nvidia و AMD به سختي مي توان قضاوت کرد که در حال حاضر الگوريتم هاي Tessellation کدام شرکت داراي ارجحيت است. در مورد سه آزمايش اول، افت کلي نرخ فريم بسيار اندک بوده و يا در بين کل شرکت کنندگان ثابت مي ماند. در عين حال، وقتي فشار کاري Tessellation افزايش مي يابد محصولات Fermi شرکت Nvidia را ترجيح مي دهند. به طور متوسط، محصولات Nvidia در زمينه محاسبات Tessellation سخت افزاري بين 5 تا 10 درصد کارآمدتر هستند که در حال حاضر هيچ بازي ويديويي بر اساس موتور آن ها پياده سازي نشده است. در عين حال، Metro 2033 نيز تنها يک بازي است که به سختي مي تواند يک عامل تعيين کننده باشد.
در مجموع، مي توان گفت که Tessellation سخت افزاري يک سال پس از تولد رسمي خود هنوز يک کودک است که به راهنمايي و تربيت نياز دارد. با تلاش صحيح والدين، مي توانيم شاهد يک رشد واقعاً شگفت انگيز براي آن باشيم، اما تنها زمان مشخص مي کند که Tessellation در بازي ها چه موقع به بلوغ خود مي رسد.
منبع: عصر شبکه، شماره 112.
منبع:
/ج
تکامل يا تحول؟
بر هيچکس پوشيده نيست که تقاضاي موجود در حوزه سرگرمي، نيروي محرکه غالب در پيشرفت سخت افزارهاي کامپيوتري بوده است. تا اواخر دهه نود ميلادي، نرخ کلاک يک واحد پردازنده مرکزي( CPU) و مقدار حافظه نصب شده( RAM) تا حدودي بر عملکرد يک سيستم در بازي ها تأثير مي گذاشتند.
با از راه رسيدن Glide API و کارت هاي شتاب دهنده گرافيکي الحاقي که نام تجاري Voodoo را بر خود داشتند، همه چيز تغيير کرد. نوآوري 3dfx Interactive، شيوه نگاه کردن برنامه نويسان و طراحان به بازي هاي ويديويي را تغيير داد. از آن زمان به بعد، هر نسل جديد از API مذکور و متعاقب آن کارت هاي گرافيکي 3dfx با قابليت پشتيباني از اين API تلاش مي کردند تا گرافيک هاي بهتر، سريع تر و تا حد امکان واقع گرايانه تري را به جامعه بازي کنندگان PC تحويل دهند.
مايکروسافت با درک اهميت اين بازار، DirectX API خودش را در اواسط دهه 90 ميلادي معرفي کرد. با وجود آن که DirectX و Glide براي مدتي به همزيستي پرداختند، اما در نهايت Glide تحت الشعاع قدرت و نفوذ API مايکروسافت قرار گرفت. در واقع DirectX 9.0 هنوز يکي از مؤلفه هاي مهم مورد علاقه توسعه دهندگان بازي ها است. هرچند که ميراث ويندوز اکس پي به شمار مي آيد.
مايکروسافت در يک تلاش براي ترويج سيستم عامل ويندوز ويستا و معرفي ابزارهاي جديدي براي برنامه نويسان، دهمين بازنويسي DirectX را عرضه کرد. ارائه DirectX 10 API با معرفي واحدهاي Shader پيکسلي و رأسي متحد شده، همراه بود. مهم ترين تغيير در اين نسخه، معرفي واحدهاي Shader هندسي بود.
با وجود آن که DirectX 10 امکان کد نويسي بسيار دقيق تر و آزادي بيشتر در زمينه تخصيص بار براي خط لوله قابل برنامه ريزي تراشه گرافيکي را به همراه داشت، اما به موفقيت چنداني دست پيدا نکرد و بايد جاي خود را به يک نسل پيشرفته تر از اين API مي داد. مايکروسافت DirectX 11 API را در ماه ژوئيه سال 2009 به همراه آخرين سيستم عامل خود يعني ويندوز 7 معرفي کرد. در ميان ويژگي هاي کليدي که اين غول نرم افزاري با پشتيباني طراحان پيشگام تراشه هاي گرافيکي به ترويج آن ها پرداخت، نام اميدوارکننده فناوري Tessellation سخت افزاري به چشم مي خورد.
حالا پس از گذشت بيش از يک سال از آن زمان، هنوز به ندرت مي توان برنامه هايي را يافت که از DirectX 11 پشتيباني کنند. از سوي ديگر، دو شرکت AMD و Nvidia محصولاتي را با قابليت پشتيباني کامل از DirectX 11 معرفي کرده اند، که مي توان انتظار داشت سرانجام بهره گيري از اين API وضعيت جدي تري پيدا کند. در حالي که عناوين بيشتري با در نظر گرفتن آخرين API توسعه پيدا مي کنند، ما بيشتر با اين پرسش در ذهن خود مواجه مي شويم که فناوري Tessellation سخت افزاري واقعاً چيست و به چه چيزي مربوط مي شود. ما در اين مقاله تنها به بحث درباره فناوري Tessellation خواهيم پرداخت، اما در عين حال ميزان تأثير آن در هر دو حوزه بصري و نياز به قدرت پردازشي را مورد بررسي قرار مي دهيم.
.JPG "نگاهي عميق به Tessellation")
منحني Tesselled
در اکتبر سال 2001، اولين کارت هاي گرافيکي Radeon 8500 توسط شرکت ATI( که در آن زمان مستقل بود) عرضه شدند. در ميان فناوري هاي اين محصول، يک فناوري با نام TruForm به چشم مي خورد که به صورت سخت افزاري پياده سازي شده بود. TruForm اساساً يک فناوري بافت گرافيکي بود که از N Patches براي ايجاد يک سطح واقعاً منحني با استفاده از مثلث هاي موجود استفاده کرده و در نتيجه، اين سطح را براي ايجاد يک مدل چند ضلعي جديد با جزئيات بيشتر، Tesselled مي کرد.
متأسفانه فناوري TruForm نتوانست طراحان بازي ها را به طور جدي تحت تأثير قرار دهد. مشکلات بصري مداوم با سلاح ها و قسمت هاي مختلف بدن که حالتي بادکنکي پيدا مي کردند، مستلزم تلاش اضافه اي براي توليد مدل هاي جداگانه براي حالت هاي فعال و غيرفعال اين فناوري بود. مهم تر اين که، Nvidia پس از تجربه شيوه هاي N Patches و RT Patches تصميم گرفت که توسعه يک فناوري رقيب براي آن ها را به کلي کنار بگذارد. در نهايت، ATI نيز پشتيباني از TruForm را در درايورهاي Catalyst خود غيرفعال کرد، هرچند که سخت افزار اين شرکت هنوز مي توانست در صورت نياز محاسبات مربوطه را انجام دهد.
پيش از تبديل شدن Tessellation سخت افزاري به يک ابزار ماندني، ابتدا بايد فرآنيد استانداردسازي در ميان تمام محصولات اين حوزه انجام مي شد. بدون ترديد، فناوري Tessellation با وجود مشکلات خود، هنوز بيانگر يک مفهوم نويدبخش بود و تنها به اندکي حمايت بيشتر از يک بازيکن قدرتمندتر بازار در مقايسه با ATI و Nvidia نياز داشت.
.JPG "نگاهي عميق به Tessellation")
يک دستورالعمل براي Tessellation سخت افزاري
در ظاهر همه چيز بسيار ساده به نظر مي رسد. مثلث هاي بيشتر به معناي کيفيت بهتر هستند، بدون آن که نيازي به تخصيص منابع بيشتر داشته باشند. در واقعيت، اين فناوري کاري بسيار بيشتر از ايجاد جذابيت بصري براي چشم انجام مي دهد. براي مثال، مي توان از تکنيکي با نام نگاشت جابجايي( Displacement Mapping) براي ارتقاي کيفيت تصوير با محاسبات Tessellation استفاده کرد. نقشه جابجايي ( Displacement Map)، بافتي است که اطلاعات ارتفاع را در يک مدل يا صحنه معين ذخيره مي کند. هنگامي که اين بافت بر روي يک سطح اعمال مي شود، به رئوس موجود بر روي سطح امکان مي دهد تا براساس اطلاعات ارتفاع به بالا يا پايين جابجا شوند. محبوب ترين روش براي بهره گيري از اين تکنيک، اعمال نقشه هاي جا به جايي بر روي سطوح عوارض زمين به منظور ايجاد کوه ها، دره ها، ساحل رودخانه ها، دهانه هاي آتشفشان و ... است. براي انجام نگاشت جا به جايي به صورت روان و قابل قبول، سطح مورد نظر بايد از تعداد زيادي رأس تشکيل شده باشد. اگر يک مدل رندر شده داراي تعداد ناکافي از رئوس باشد، هيچ مقداري از Tessellation مابين آن ها نمي تواند يک مدل واقعاً طبيعي را ايجاد کند.
از آنجايي که خط لوله Tessellation در DirectX 11 قابل برنامه ريزي است، مي توان از آن براي حل تعداد زيادي از مشکلات گرافيکي استفاده کرد.
Tessellation که توليد بخش هاي بسيار بزرگي از سطوح سرزميني را تحت تأثير قرار داده است، به همراه روش ديگري با نام الگوريتم پاکسازي مي تواند نرمي و همواري بخش هاي مختلف بدن يک کاراکتر، سطوح منحني يک اتومبيل و بعضي از جزئيات کوچک ديگر را ارتقا دهد. اين اولين روش Tessellation بود که فناوري TruForm شرکت ATI با کمک مثلث هاي PN( که تحت عنوان N Patches نيز شناخته مي شدند) از آن استفاده مي کرد. الگوريتم مثلث هاي PN، مدل هايي با تفکيک پذيري پايين را به سطوح منحني تبديل مي کند که به صورت يک مدل شبکه اي( Mesh) با مثلث هايي که براساس Tessellation دقيق به دست آمده اند، ترسيم مي شود.
آخرين نکته درباره پياده سازي Tessellation سخت افزاري که اهميت آن از ساير جنبه هاي قبلي کمتر نيست، به استفاده از اين فناوري در دنياي منابع و قدرت پردازشي محدود مربوط مي شود. توسعه دهندگان بازي ها براي سال هاي طولاني مجبور بودند مرزهاي صحنه را با ديوارها، مه و يا کوهستان هاي بلندي بپوشانند. در بعضي از موارد حتي اشياي دور به طور ناگهاني ظاهر يا ناپديد مي شدند که در نتيجه احساس کلي بازي را مختل مي کردند. اين وضعيت به همان اندازه که مي تواند ناخوشايند و غيرواقعي به نظر برسد، يک جنبه ضروري براي نگهداشتن فشار کاري هندسي در يک سطح قابل قبول به شمار مي آيد. خوشبختانه Tessellation سخت افزاري مي تواند اين مشکل را با آدرس دهي شناور ميزان جزئيات در يک صحنه معين، برطرف کند. حتي اگر شما يک قصر قرون وسطايي پيچيده و يا يک شهر مدرن داشته باشيد، هر دو آن ها از يک فاصله دور تنها به صورت چند مثلث ساده رندر خواهند شد، اما هرچه فاصله کاراکتر شما با آن ها کمتر مي شود، به طور پيوسته جزئيات بيشتري به مدل اضافه خواهد شد تا کل تجربه بيننده کم و بيش به شرايط واقعي نزديک تر باشد.
با توجه به اين واقعيت که در حال حاضر کارت هاي گرافيکي پشتيباني کننده از فناوري Tessellation سخت افزاري در سطوح و قيمت هاي گوناگوني توسط هر دو شرکت AMD و Nvidia روانه بازار شده اند، ما تصميم گرفتيم تأثير بهره گيري از اين فناوري در بازي ها را از هر دو جنبه ارتقاي کيفيت ظاهري و همچنين فشار عملکردي بررسي کنيم.
.JPG "نگاهي عميق به Tessellation")
بستر و شيوه هاي آزمايش
پردازنده Core i7-975 Extreme Edition اينتل( 33/3 گيگاهرتز)
مادربرد GA-EX58-Extreme گيگابايت ( چيپ ست X58 اينتل)
6 گيگابايت حافظه Corsair XMS3-12800C9
(2×3 گيگابايت، 1333 مگاهرتز، 24-9-9-9)
درايو ديسک سخت Spinpoint F1 سامسونگ ( 1 ترابايت، 32 مگابايت بافر، SATA II)
.JPG "نگاهي عميق به Tessellation")
نمايشگر Dell 3007WFP
سيستم عامل Windows 7 Ultimate 64-bit
درايورهاي Nvidia GeForce و ATI Catalyst به صورت زير پيکربندي شده بودند:
ATI Catalyst:
Smoothvision HD: Anti-Aliasing:Use application settings/Box Filter
Catalyst A.I.:Standard
Mipmap Detail Level:High Quality
Wait for vertical refresh:Always Off
AAMode:Quality
Other settings:default
Nvidia GeForce:
Texture filtering-Quality:High quality
Vertical sync:Force off
Antialiasing-Gamma correction:On
Antialiasing-Transparency:Mul sampling
CUDA-GPUs:All
Set PhysX configuration:Auto-select
Ambient Occlusion:Off
Other settings:default
ما بالاترين سطح جزئيات در هر بازي را با استفاده از ابزارهاي استاندارد تأمين شده توسط خود بازي از منوي آن انتخاب کرديم. فايل هاي پيکربندي بازي به هيچوجه ويرايش نشده اند، زيرا کاربران عادي چيزي درباره نحوه انجام اين کار نمي دانند. ما آزمايش هاي خود را در تفکيک پذيري هاي 900×1600، 1080×1920 و 1600×2560 اجرا کرديم. در هر جايي که اين امکان وجود داشته، ما MSAA 4x Antialiasing را به فيلترگذاري 16x Anisotropic استاندارد اضافه کرده ايم، مگر آنکه مشخصاً به وضعيت ديگري اشاره کرده باشيم. Antialiasing از منوي بازي فعال شده است.
.JPG "نگاهي عميق به Tessellation")
کارت هاي گرافيکي شرکت کننده در اين آزمايش عبارتند از:
ATI Radeon HD 5830
Nvidia GeForce GTX 480
Nvidia GeForce GTX 460
عملکرد با استفاده از ابزارهاي خود بازي ها اندازه گيري شده است. ما نه تنها سرعت متوسط، بلکه حداقل سرعت کارت ها را در موردي که امکانپذير بوده است، اندازه گيري کرده ايم. در ساير موارد، عملکرد به صورت دستي با استفاده از يوتيليتي Fraps 3.1.3 اندازه گيري شده است. در حالت اخير، ما آزمايش ها را سه بار تکرار کرده و سپس ميانگين سه نتيجه به دست آمده را براي مقايسه هاي عملکردي مورد استفاده قرار داده ايم.
نتايج عملکردي S.T.A.L.K.E.R.:Call of Pripyat
امتياز الهام بخش Stalker سال ها با ما بوده و حالا شروع به خودنمايي کرده است. بازي اصلي در اوايل سال 2007 منتشر شد و به سرعت تحسين عمومي را به خاطر ارايه بسيار خوب اتمسفر يک دنياي تغيير يافته بر اثر تشعشات راديو اکتيويته، به دست آورد. در سال 2010، تجربه کلي بازي حتي با يک موتور ارتقا يافته X-ray نيز هنوز حال و هواي DirectX 8.1 را دارد، تنها با چند ويژگي جذاب نظير شعاع هاي نور خورشيد، سايه هاي نرم و نورپردازي HDR.
همين موضوع در مورد پشتيباني از Tessellation نيز صادق است. در اين مورد نيز وضعيت بيشتر به يک کار سرهم بندي شده شباهت دارد تا يک پياده سازي مستحکم. بعضي از مدل هاي حيوانات و جزئيات کوچک تجهيزات NPCها، تنها مواردي هستند که فناوري مذکور در آن ها مورد استفاده قرار گرفته است.
افت عملکرد به خاطر استفاده از Tessellation در S.T.A.L.K.E.R.:Call of Pripyat نسبتاً پايين و در عين حال ثابت است.
ما عمداً روال عادي بازي را تغيير داديم تا NPCهاي بيشتري براي مدت زماني طولاني در فريم حضور داشته باشند. به طور کلي، تفاوت همچنان در سطح 1 فريم باقي ماند. بنابراين به سختي مي توان قضاوت کرد که کدام معماري تراشه، الگوريتم هاي Tessellation را به بهترين شکل ممکن پياده سازي مي کند.
در مورد ارتقاي کيفيت تصوير، مي توانيم بگوييم که Tessellation کار خود را به خوبي انجام مي دهد و تغيير ناخوشايندي را در هموارسازي بعضي از اشيا ايجاد مي کند، تنها نکته منفي اين است که موارد واقعاً اندکي براي لذت بردن از آن در بازي وجود دارند. احتمالاً موتور S.T.A.L.K.E.R که ريشه هاي آن در کتابخانه هاي قبلي DirectX قرار دارند، قادر نيست امکان پياده سازي آسان فناوري Tessellation را در مقياس گسترده اي فراهم کند. اجازه بدهيد اميدوار باشيم که عناوين جديدتر واقعاً بتوانند بازي را با پشتيباني ذاتي از Tessellation تغيير دهند.
Aliens vs.Predator
الگوريتم هاي Tessellation در اين بازي تنها براي کسري از محاسبات لازم، مورد استفاده قرار گرفته اند. هر دو طراحي Nvidia و ATI تقريباً عملکرد مشابهي را قبل و بعد از فعال شدن Tessellation به نمايش مي گذارند. به رغم اين واقعيت که AMD بازي مذکور را به عنوان يک تجربه DirectX 11 واقعي ترويج مي کرد، در واقع موتور آن براساس مشخصات DirectX 9 ايجاد شده است، البته با چند ويژگي اضافي براي صاحبان آخرين نسل کارت هاي گرافيکي.
از آنجايي که Aliens vs.Predator نه تنها براي PC بلکه براي کنسول هاي Xbox 360 و Playstation 3 نيز به فروش مي رسد، بايد توجه داشته باشيد که کنسول هاي مذکور قادر به پشتيباني از ويژگي هاي پيشرفته DirectX 11 نيستند. اين وضعيت باعث مي شود که تعداد سطوح و مدل هايي که از Tessellation بهره مي گيرند درست همانند S.T.A.L.K.E.R.:Call of Pripyat محدود باشد. شما تنها بر روي بدن پيچيده و شبيه به مار نژاد Aliens متوجه مزيت استفاده از اين فناوري مي شويد . احساس کلي حرکات بدن به طور چشمگيري ارتقا يافته، اما براي آن که متوجه اين موضوع شويد بايد مدت زيادي بدون شليک کردن به اين موجودات به آن ها نگاه کنيد، وضعيتي که در يک بازي FPS بسيار دشوار است. به همين دليل، واقعاً به سختي مي توان گفت که استفاده از Tessellation سخت افزاري تجربه اجراي بازي AvP را تغيير مي دهد، اما هنوز يک قابليت چشم نواز است.
Colin McRae:Dirt2
الگوريتم هاي Tessellation در Dirt2 مي توانند در سه حالت فعال شوند. با قرار دادن تنظيمات بازي در وضعيت ULTRA، امکان دسترسي به Hardware Tessellated Animated rowds فراهم مي شود که تماشاچيان واقعي تري را در اطراف مسيرهاي مسابقه ايجاد مي کند، بدون آن که نيازي به انجام محاسبات بيشتر توسط GPU داشته باشد.
در حالت بعدي، موتور بازي با کمک DirectX 11 از مثلث هاي PN خميده براي افزايش وضوح و نرمي مدل هاي رندر استفاده مي کند. بدون ترديد هواداران تشويق کننده در امتداد مسير مسابقه ظاهر واقعي تري پيدا مي کنند، اما تنها اندکي. دليل اين وضعيت آن است که مدل هاي اصلي به حدي ساده و ابتدايي هستند که حتي شديدترين الگوريتم هاي Tessellation نيز نمي توانند آن ها را به طور جدي تغيير دهند.
حوزه بعدي بهره گيري از Tessellation، سطح آب است. اين ويژگي در تنظيمات بازي با عنوان Hardware Tessellated Dynamic Water شناخته مي شود. ايده اصلي ويژگي مذکور، توليد مثلث هاي بيشتر است تا آب را برحسب نزديکي مسير دوربين به آن، واقعي تر نشان دهد.
در اين مورد خاص، Domain Shader از بافت حوزه ارتفاع نمونه برداري مي کند تا Tesselled Mesh را به صورت متناظر با آن جابجا کند و نتيجه نهايي، يک سطح آبي بسيار واقع گرايانه تر و از نظر فيزيکي دقيق تر را فراهم مي کند.
بخش نهايي بهبود Tessellation، در قالب Hardware Tessellated Dynamic Cloth خودنمايي مي کند. اين گزينه، روش رندر صفحات پلاستيکي، پرچم ها و ساير سطوح پارچه اي توسط موتور بازي را تغيير مي دهد.
در اينجا نيز موتور بازي از مثلث هاي PN خميده براي ارتقاي کيفيت اشياي مذکور استفاده مي کند. نتيجه نهايي، يک انيميشن بسيار روان تر از اشياي پارچه اي در اطراف مسير مسابقه است. اما بايد ديد که به دست آوردن کيفيت بالاتر رندر نهايي، چه هزينه اي را به همراه خواهد داشت.
اگر تصميم بگيريد Tessellation سخت افزاري را در بازي Dirt2 فعال کنيد، نيازي نداريد که به دنبال قابليت هاي اورکلاکينگ بيشتر و يا کارت هاي گرافيکي سريع تر باشيد. هر دو گروه محصولات Nvidia و ATI الگوريتم هاي Tessellation را بدون هيچ تأثير قابل ملاحظه اي پردازش مي کنند. بزرگ ترين افت عملکرد در آزمايش هاي ما، معادل دو درصد در نرخ فريم متوسط بود.
با هدف دستيابي به سطح بالاتري از کيفيت و تأثيرگذاري کلي بر روي بازيکنان، Codmasters کار بسيار خوبي را در زمينه پياده سازي الگوريتم هاي Tessellation در آخرين شبيه ساز مسابقات رالي خود انجام داده است. واقعاً تأسف آور است که با سرعت 160 کيلومتر در ساعت، شما زماني براي تماشاي دقت فيزيکي آب يا زيبايي جمعيت تماشاچي و پرچم ها نخواهيد داشت. از جنبه مثبت، خود فناوري واقعاً کار مي کند و تأثيري بر نرخ فريم بازي شما نمي گذارد.
Metro 2033
Tessellation بر روي مدل هاي انساني و حيواني مورد استفاده قرار گرفته است. در ابتدا شما به سختي مي توانيد متوجه تفاوت ها شويد، اما با ادامه بازي پس از فعال کردن Tessellation سخت افزاري، يک احساس کامل تر را از کل تجربه بازي به دست مي آوريد. بيان و يا نمايش اين موضوع با تصاوير واقعاً دشوار است، اما Tessellation اتمسفر دنياي Metro 2033 را ارتقا مي دهد. تصوير نهايي الزاماً داراي جزئيات بيشتري نيست، اما خود را با يک احساس 3 بعدي تر نمايش مي دهد، بدون آن که از نمايشگرهاي گران قيمت يا عينک هاي سنگين استفاده کرده باشيد.
افت عملکرد در Metro 2033 به طور چشمگيري متغير است. گرچه در اکثر موارد اين جريمه عملکردي در حدود 10 تا 20 درصد است، اما Nvidia GeForce GTX 480 با اجراي الگوريتم هاي Tessellation در تفکيک پذيري 1600×2560 مشکلاتي داشت. افت عملکرد در اين مورد خاص نزديک به 50 درصد بود، نه عددي که شما به طور عمومي مايل به مشاهده آن هستيد.
گزينه Hardware Tessellation در بازي Metro 2033 واقعاً شما را وادار مي کند تا پيش از تصميم گيري درباره فعال کردن (يا نکردن) آن خوب فکر کنيد. از يک سو، شما از مدل هاي نرم تر و کاراکترها و هيولاهاي زنده تري در بازي لذت خواهيد برد. از سوي ديگر، با بلعيده شدن عملکرد ارزشمند کارت گرافيکي شما توسط محاسبات Tessellation، نرخ فريم پايين تر آمده و رواني اجراي کلي بازي که در يک بازي FPS به آن نياز داريد را مختل مي سازد.
Stone Giant
مقايسه Stone Giant يک دموي فني بسيار زيبا است که نشان مي دهد توسعه دهندگان بازي ها با استفاده از ابزارهاي قدرتمندي نظير Tessellation قادر به انجام چه کارهايي خواهند بود.
تنها براي نشان دادن ميزان واقعي تغييراتي که بر روي هندسه مدل ها اعمال مي شوند، BitSquid شامل يک حالت وايرفريم است. بهبود کلي کيفيت، واقعاً چشمگير است. ديواره ها و مدل خود غول تا حدود زيادي از به کارگيري الگوريتم هاي Tessellation بهره مي گيرند. حتي در يک تنظيمات متوسط، تصوير طبيعي تر به نظر مي رسد و اگر بخواهيد کمي نرخ فريم بيشتر را براي دستيابي به تنظيمات بالا صرف کنيد، نتيجه نهايي حتي براي مشکوک ترين افراد به فناوري Tessellation سخت افزاري نيز نااميد کننده نخواهد بود.
به لطف يک گزينه در اين ابزار مقايسه اي، امکان ارزيابي عملي فشارهاي کاري سطوح متفاوت محاسبات Tessellation که توسط اين مقايسه انجام مي شوند را اندازه گيري کنيم.
از آنجايي که فناوري Tessellation در هر بخش از DNA اين ابزار مقايسه اي وجود دارد، افت عملکرد کاملاً قابل پيش بيني است. محاسبات پيچيده بر روي ديوارها و مدل Stone Giant به 11 تا 27 درصد افت در عملکرد خانواده محصولات Fermi شرکت Nvidia منتهي شدند. افت عملکرد براي محصولات AMD حتي از اين سطح نيز بالاتر است. معماري Ev-erGreen با تنظيمات بالاي Tessellation دچار مشکل شده و تفاوت چشمگيري تا سطح 52 درصد افت کيفيت را به نمايش مي گذارد.
با توجه به اين واقعيت که Stone Giant ذاتاً يک آزمايش مصنوعي است، به نظر مي رسد که محصولات Nvidia هنوز گزينه هاي بهتري براي محاسبات مربوط به Tessellation هستند. از سوي ديگر، مادامي که شما اشتياق خود را در سطح متوسطي حفظ کنيد، محصولات AMD نيز به همان اندازه خوب خواهند بود.
Unigine Heaven Benchmark 2.1
Tessellation در اين آزمايش مقايسه اي در هر نقطه اي که بتوانيد چشمان خود را بر روي آن قرار دهيد پياده سازي شده است. ساختمان ها، طناب ها، مجسمه اژدها، پله ها، سنگفرش خيابان و هر چيزي ديگري با پياده سازي فناوري Tessellation سخت افزاري ارتقا يافته يا تحت تأثير آن قرار گرفته، تفاوت چشمگيري را ايجاد مي کند.
براي کمک به ارزيابي بارهاي کاري متفاوتي که الگوريتم هاي Tessellation مي توانند بر پردازنده گرافيکي شما تحميل کنند، Unigine Corp . سه حالت Tessellation را در اين مقايسه فراهم کرده است:
حالت Moderate: اين حالت براي مقايسه محصولات عمومي در نظر گرفته شده و عملکرد قابل قبولي را بر روي دامنه گسترده اي از سخت افزارهاي DX 11 فراهم مي کند.
حالت Normal: حالت پيش فرض قابل دسترسي در اين مقايسه که سطح بهينه اي از نسبت کيفيت به عملکرد را نمايش مي دهد. اين حالت با بهره گيري از فناوري Tessellation سخت افزاري به تفاوت بصري برجسته اي دست پيدا مي کند.
حالت Extreme: براي انطباق با چشم انداز نسل هاي بعدي سخت افزارهاي منطبق با DirectX 11 طراحي شده که Tessellation را در يک تا دو سال آينده به سطح نهايي آن خواهند رساند.
اگر قرار باشد بازي هاي آينده با رهنمودهاي Unigine Corp ساخته شوند، توسعه دهندگان تراشه هاي گرافيکي بايد شيوه هاي خود براي طراحي معماري را مورد بازنگري قرار دهند. حتي در حالت Moderate نيز هر دو کارت گرافيکي Radeon HD 5870 و Radeon HD 5830 نزديک به 18 تا 24 درصد از عملکرد خود را از دست مي دهند. با اجراي حالت Extreme، آينده براي معماري امروزي بيش از پيش تيره و تار مي شود. يک کارت گرافيکي مدرن 400 دلاري که 11 تا 18 فريم بر ثانيه را توليد مي کند، منظره خوشايندي براي استناد به شمار نمي آيد. تنها دلداري احتمالي اين است که خود Unigine Corp مي گويد اداره چنين فشار کاري قطعاً براي محصولات گرافيکي امروزي بسيار دشوار خواهد بود.
شرکت Nvidia تراشه Fermi خود را به عنوان اولين خانواده کارت هاي گرافيکي معرفي مي کند که با در نظر گرفتن فناوري Tessellation سخت افزاري به عنوان يکي از ويژگي هاي کليدي طراحي شده است و Heaven Benchmark مي تواند شاهدي بر اين مدعا باشد. بدون ترديد GeForce GTX 480 و GeForce GTX 460 عملکرد بهتري را در مقايسه با رقباي خود در اردوگاه AMD به نمايش گذاشته اند. ما شاهد افت عملکردي در حدود 10 تا 20 درصد با تنظيمات Moderate هستيم. در مورد حالت Extreme، حتي قدرتمندترين عضو اين خانواده يعني GeForce GTX 480 نيز از يک افت عملکرد 30 تا 40 درصدي رنج مي برد.
جمع بندي
ارزيابي کيفيت در يک وضعيت ترکيبي قرار دارد. آيا Tessellation با يک تفاوت واقعي در بازي هاي ويديويي امروزي همراه است؟ به طور خلاصه، مادامي که شما با اين فناوري به عنوان يک تکامل رفتار کنيد نه يک تحول، بله، چنين تفاوتي را ايجاد مي کند.
حتي اگر Tessellation سخت افزاري براي رندر بخش هاي کوچکي از يک فريم مورد استفاده قرار گرفته باشد، نظير جزئيات NPC در S.T.A.L.K.E.R.:Call of Pripyat يا مدل هاي Alien در بازي ويديويي Aliens vs. Predator، باز هم بر احساس بصري بازي تأثير مي گذارد. بازي Colin McRae:Dirt2 يک مورد خاص به شمار مي آيد و اگر شما واقعاً توجه کنيد مي توانيد ببينيد که فناوري Tessellation جذابيت هاي بصري گوناگوني را به بازي اضافه مي کند، اما در واقع شما هنگام دنبال کردن مسير در يک اتومبيل مسابقه اي زمان کافي براي لذت بردن از اين نما را در اختيار نخواهيد داشت.
بازي ويديويي Metro 2033، مقايسه Stone Giant benchmark و مقايسه Heaven در سمت ديگر قرار گرفته اند. اين عناوين، نسل جديدتري از برنامه ها به شمار مي آيند که به طور گسترده تري از الگوريتم هاي Tessellation استفاده مي کنند. اگر واقعاً مي خواهيد بدانيد که قرار است بازي هاي آينده چه ظاهر داشته باشند، يکي از اين برنامه ها را دانلود کرده يا بخريد و آن را بر روي يک کارت گرافيکي سازگار با DirectX 11 اجرا کنيد. پله ها ديگر شبيه يک شيب به نظر نمي رسند و سنگ هاي داخل ديوارها داراي حجم خواهند بود. البته شما بايد بهايي را براي دستيابي به چنين تغييرات قابل ملاحظه اي بپردازيد.
در زمينه افت عملکرد خام معماري هاي Nvidia و AMD به سختي مي توان قضاوت کرد که در حال حاضر الگوريتم هاي Tessellation کدام شرکت داراي ارجحيت است. در مورد سه آزمايش اول، افت کلي نرخ فريم بسيار اندک بوده و يا در بين کل شرکت کنندگان ثابت مي ماند. در عين حال، وقتي فشار کاري Tessellation افزايش مي يابد محصولات Fermi شرکت Nvidia را ترجيح مي دهند. به طور متوسط، محصولات Nvidia در زمينه محاسبات Tessellation سخت افزاري بين 5 تا 10 درصد کارآمدتر هستند که در حال حاضر هيچ بازي ويديويي بر اساس موتور آن ها پياده سازي نشده است. در عين حال، Metro 2033 نيز تنها يک بازي است که به سختي مي تواند يک عامل تعيين کننده باشد.
در مجموع، مي توان گفت که Tessellation سخت افزاري يک سال پس از تولد رسمي خود هنوز يک کودک است که به راهنمايي و تربيت نياز دارد. با تلاش صحيح والدين، مي توانيم شاهد يک رشد واقعاً شگفت انگيز براي آن باشيم، اما تنها زمان مشخص مي کند که Tessellation در بازي ها چه موقع به بلوغ خود مي رسد.
منبع: عصر شبکه، شماره 112.
منبع:
/ج
