Почему измерять скорость карты используя FPS неправильно

В связи с этим, есть тенденция его абсолютизировать. То есть, попытки представить его главным и единственным скоростным показателем. Доходит до совершенно курьезных вещей, когда не понимая сути измеряемого показателя, его пытаются представить как измеритель скорости видео-акселераторов. Зачастую этим грешат и маркетинговые отделы компаний-производителей, что вносит еще большую путаницу. Вспомните, хотя-бы, лозунг компании 3dfx - "60 fps в любой игре!".

Давайте попробуем разобраться, в чем тут ошибка

Во-вторых, fps - это интегральный показатель, точнее - это усредненное за определенный период времени значение. И как со всякими усредненными величинами - с ним нужно обращаться осторожно. Любимый пример моей мамы (преподавателя статистики в институте) - это средняя температура больных по госпиталю... Кто-то лежит в горячке, а чей-то труп уже остывает в морге. А средняя температура - 36.6 градусов ;-)

Уточнение: мне хотелось-бы акцентировать ваше внимание на том, что именно я хочу сказать. Нельзя мерять (посредством FPS) именно скорость видео-акселератора. Скорость же данной игры на данном видео-акселераторе на данной машине с данным программным обеспечением - можно и нужно измерять при помощи FPS.

Второе уточнение: даже измеряя (при помощи FPS) скорость игры (а это практически единственный показатель ее скорости на данном акселераторе) - необходимо помнить и о том, насколько плавно она идет. Потому что, даже если игра выдает очень большие значения FPS - если кадры сменяются неравномерно, то субъективно человек ощущает меньшую скорость. Например, последние драйвера от nVidia дают меньшую скорость в FPS, но большую плавность (равномернее интервал между сменой кадров), и за счет этого - субъективно кажется, что игра идет быстрее.

От чего зависит FPS

Давайте пройдем по пунктам, и попробуем проанализировать их.

1. Загрузка процессора

Подведем итоги этой главы. Главное - скорость игры, и, следовательно, показатель FPS значительно зависит не только от вашего видео-акселератора, но и от других основных параметров вашего компьтера - процессора (и поддерживаемого им набора инструкций), количество памяти, размер кэш памяти первого и второго уровня, скорость шины, другая установленная переферия, фоновые задачи, настройки многозадачного режима и пр. и пр. и пр.

Когда канонический персонаж Вася Пупкин говорит - на моем видео-акселераторе игра показывает XX fps, а Петя ему вторит, что на той-же самой карточке он имеет YY fps - это вообще ни о чем не говорит! Остальные отличия компьютеров и программного обеспечения могут легко изменить результаты в несколько раз!

От чего зависит FPS (продолжение)

Сейчас вы спросите - а как-же другой "главный" показатель видео-карты - скорость заполнения (fillrate)? И спросите совершенно справедливо - это действительно один из основных показателей, влияющих на скорость игры. Но не всегда и не везде.

2. Fillrate

Однако, и тут, оказывается, есть варианты.

2.1 Разные типы буферов. Необходимо понимать, какие именно данные записывает акселератор в память. Кроме буфера самих цветов (цвет каждого пикселя), видео-акселератор хранит в своей памяти еще и другие данные. Как правило, это Z-буфер ("глубина", Z-координата, каждой точки экрана) и иногда, буфер шаблонов. Есть еще и другие типы буферов памяти, самый из известных который - накопительный буфер (accumulator), вариацией которого и является разрекламированный T-buffer будущих карт фирмы 3dfx. Однако, большинством "игровых" акселераторов, аппаратно поддерживаются только Z-буфер, и буфер шаблонов (как правило, в 32-битном режиме).
При использовании других типов буферов акселерация не поддерживается, драйвера переходят в software режим... В общем, никто их (по этой причине) и не использует.
Таким образом, акселератор записывает в память, как правило, вдвое больше информации, чем вы видите на экране.
2.2 Чтение видео-памяти. Кроме записи в видеопамять сформированной картинки, акселератору необходимо еще и читать из нее. Необходимость возникает в двух случаях - необходимость знать Z-координату пикселя, для того, что-бы не рисовать поверх него точки, лежащие за ним;
- необходимость прочитать цвет уже нарисованной точки, для смешения цветов, а именно, когда рисуется полупрозрачный объект (дым, огонь, вода, стекло и пр.) находящийся к нам ближе, чем уже нарисованная точка.
2.3 Текстуры. Текстуры объектов тоже хранятся (как правило) в видео-памяти акселератора, и их чтение (перед накладывание на поверхность объекта) так-же отъедает значительную часть пропускной способности шины.

Взглянув на эти два пункта, становится ясным, как увеличить скорость игры, даже при фиксированном fillrate. Для этого нам нужно минимизировать все операции, связанные с записью и чтением данных в/из памяти видеокарты.

Простейший пример - стена. Непрозрачная. Совершенно точно известно, что объекты, находящиеся за стеной, видны не будут. Значит, если программист сможет заранее выяснить, какие именно объекты рисовать не нужно - отпадает необходимость
а) в записи в Z-буфер данных, относящихся к стене, и
б) чтение из Z-буфера данных, при рисовании объектов находящихся "перед" стеной. Таким образом, можно, практически, на 2/3 сократить объем данных, передаваемых по шине памяти акселератора, и увеличить "эффективный" fillrate в 3 раза. Разумное использование прозрачных объектов так-же может значительно сократить наши затраты.

Конечно, эти "хитрости" программирования 3D движков не всегда удается использовать, но фокус заключается в том, что именно фон картинки требует максимальной скорости заполнения (так как он занимает большую часть физической поверхности экрана), и здесь этот прием работает в полную силу.

Таким образом, в типичной игре, даже при наличии не слишком высокого уровня fillrate современных акселераторов, возможно создание достаточно "заполненных" сцен. Больше того, уж позвольте мне немного удариться в философию, но я уверен, что значительное повышения скорости заполнения следующего поколения видео-акселераторов, не даст настолько же значительного повышения скорости игры. Многие их моих знакомых ностальгически вспоминают Word 2.0. Помните, текстовый такой? И работал он с приемлемой скоростью, и функционально не было обделен. Что-же произошло, что имея супер современный пентиум и дикое (как казалось совсем недавно) количество памяти, пользователи все так-же мучаются "тормознутостью" современных программ?
Впрочем, ответ вы знаете не хуже меня. И позвольте выразить уверенность - как только fillrate перестанет быть самым узким местом - никто, ну совершенно никто не будет его экономить. Да, еще какое-то время он будет расти - будет нужен для полноценного антиалиасинга, для стерео-режима, для увеличения разрешения экрана. Но уже наступает насыщение, и когда fillrate увеличится в несколько раз - вы это не сильно-то и заметите...