Зачем нужна вертикальная синхронизация в видеокартах?

Наверняка многие любители компьютерных игр сталкивались с рекомендацией отключать в играх так называемую "вертикальную синхронизацию" или VSync в настройках видеокарты. Во многих тестах производительности графических контроллеров отдельно подчеркивается, что тестирование производилось при отключенной VSync. Что же это такое, и зачем оно нужно, если многие "продвинутые специалисты" советуют отключать эту функцию?

Чтобы понять смысл вертикальной синхронизации, необходимо совершить небольшой экскурс в историю. Первые компьютерные мониторы работали с фиксированными разрешениями и с фиксированными частотами развертки. С появлением мониторов EGA появилась необходимость выбора различных разрешений, что обеспечивалось двумя режимами работы, которые задавались полярностью сигналов синхронизации изображения по вертикали. Мониторам, поддерживающим разрешение VGA и выше, потребовалась уже точная настройка частот развертки. Для этого использовались уже два сигнала, отвечающие за синхронизацию изображения как по горизонтали, так и по вертикали. В современных мониторах за подстройку развертки в соответствии с установленным разрешением отвечает специальная микросхема-контроллер.

Для чего же в настройках видеокарт сохранен пункт "вертикальная синхронизация", если монитор способен автоматически настраиваться в соответствии с установленным в драйвере режимом? Дело в том, что, несмотря на то, что видеокарты способны генерировать очень большое число кадров в секунду, мониторы не могут его качественно отображать, в результате чего возникают различные артефакты: полосность и "рваное" изображение. Чтобы этого избежать, в видеокартах предусматривается режим предварительного опроса монитора о его вертикальной развертке, с которой и синхронизируется число кадров в секунду - всем знакомые fps. Иными словами, при частоте вертикальной развертки 85 Гц число кадров в секунду в любых играх не будет превышать восьмидесяти пяти.

Частота вертикальной развертки монитора означает, сколько раз обновляется экран с изображением в секунду. В случае с дисплеем на основе электронно-лучевой трубки, сколько бы кадров в секунду не позволял "выжать" из игры графический ускоритель, частота развертки физически не может быть выше установленной. В жидкокристаллических мониторах не существует физического обновления всего экрана: здесь отдельные пиксели могут светиться или не светиться. Однако сама технология передачи данных через видеоинтерфейс предусматривает, что на монитор от видеокарты передаются кадры с определенной скоростью. Поэтому, с долей условности, понятие "развертки" применимо и к ЖК-дисплеем.

Откуда же появляются артефакты изображения? В любой игре количество генерируемых кадров в секунду постоянно меняется, в зависимости от сложности картинки. Поскольку частота развертки у монитора постоянная, рассинхронизация между fps, передаваемыми видеокартой, и скоростью обновления монитора приводит к искажению изображения, которое как бы разделяется на несколько произвольных полос: одна часть из них успевает обновиться, а другая - нет.

К примеру, монитор работает с частотой развертки 75 Гц, а видеокарта в какой-либо игре генерирует сто кадров в секунду. Иными словами, графический ускоритель работает примерно на треть быстрее, чем система обновления монитора. За время обновления одного экрана карта вырабатывает 1 кадр и треть следующего - в результате на дисплее прорисовывается две трети текущего кадра, а его треть заменяется третью кадра следующего. За время очередного обновления карта успевает сгенерировать две трети кадра и две трети следующего, и так далее. На монитор же в каждые два из трех тактов развертки мы наблюдаем треть изображения от другого кадра - картинка теряет плавность и "дергается". Особенно заметен этот дефект в динамичных сценах или, например, когда ваш персонаж в игре осматривается.

Однако было бы в корне неправильным считать, что если видеокарте запретить генерировать более 75 кадров в секунду, то с выводом изображения на дисплей с частотой вертикальной развертки 75 Гц все было бы в порядке. Дело в том, что в случае с обычной, так называемой "двойной буферизацией", кадры на монитор поступают из первичного кадрового буфера (front buffer), а сам рендеринг осуществляется во вторичном буфере (back buffer). По мере заполнения вторичного буфера кадры поступают в первичный, однако поскольку операция копирования между буферами занимает определенное время, если обновление развертки монитора придется на этот момент, подергивания изображения все равно избежать не удастся.

Вертикальная синхронизация как раз и решает эти проблемы: монитор опрашивается на предмет частоты развертки и копирование кадров из вторичного буфера в первичный запрещается до того момента, пока изображение не обновится. Эта технология прекрасно работает, когда скорость генерации кадров в секунду превышает частоту вертикальной развертки. Но как же быть, если скорость рендеринга кадров падает ниже частоты развертки? К примеру, в некоторых сценах у нас число fps снижается со 100 до 50.

В этом случае происходит следующее. Изображение на мониторе обновилось, первый кадр копируется в первичный буфер, а две трети второго "рендерятся" во вторичном буфере, после чего следует очередное обновление изображения на дисплее. В это время видеокарта заканчивает обработку второго кадра, который она еще не может отправить в первичный буфер, и происходит очередное обновление изображение тем же самым кадром, который все еще хранится в первичном буфере. Потом все это повторяется, и в результате мы имеем ситуацию, когда скорость вывода кадров в секунду на экран в два раза ниже, чем частота развертки и на треть ниже потенциальной скорости рендеринга: видеокарта сначала "не успевает" за монитором, а потом ей, напротив, приходится ожидать, пока дисплей повторно заберет кадр, хранящийся в первичном буфере, и пока во вторичном буфере освободится место для расчета нового кадра.

Получается, что в случае с вертикальной синхронизацией и двойной буферизацией качественное изображение мы может получить только в том случае, когда число кадров в секунду равно одному из дискретной последовательности значений, рассчитываемых как соотношение частоты развертки к некоторому положительному целому числу. К примеру, при частоте обновления 60 Гц число кадров в секунду должно быть равным 60 или 30 или 15 или 12 или 10 и т.д. Если потенциальные возможности карты позволяют генерировать менее 60 и более 30 кадров в секунду, то реальная скорость рендеринга будет падать до 30 fps.

Вернемся к нашему примеру с частотой развертки 75 Гц и 100 кадрам в секунду. При включении вертикальной синхронизации артефакты изображения пропадают. Когда скорость рендеринга в особо сложных сценах снижается примерно до 60 fps и включена VSync, реальная же скорость расчета кадров падает почти вдвое. Иными словами, вертикальная синхронизация в сочетании с двойной буферизацией хороша только тогда, когда скорость рендеринга не падает ниже частоты развертки, поскольку в других случаях производительность резко падает.

Согласитесь, было странным, если бы инженеры не нашли решения этой проблемы. Чтобы скорость рендеринга не падала из-за ожидания, пока освободится первичный буфер, была разработана технология тройной буферизации - то есть в описанную выше схему был добавлен еще один кадровый буфер. Благодаря этому карта может не дожидаться освобождения первичного буфера и рассчитывать картинку в этом третьем буфере.

Работает тройная буферизация следующим образом (при скорости рендеринга 50 кадров в секунду и частоте обновления монитора 75 Гц). Первый кадр находится в первичном буфере, две трети второго кадра обрабатываются во вторичном буфере. После обновления экрана первым кадром во вторичный буфер поступает последняя треть второго кадра, а треть третьего кадра начинает "рендериться" в третьем буфере. После второго обновления экрана первым кадром второй кадр копируется в первичный буфер, а первая треть третьего кадра перемещается во вторичный буфер. Оставшиеся две трети кадра номер три обрабатываются в третьем буфере, происходит первое обновление экрана вторым кадром, а кадр три полностью переносится во вторичный буфер. Затем этот процесс повторяется с начала.

Как нетрудно подсчитать, в данном случае два кадра выводятся на экран за три цикла обновления, что составляет две трети от частоты развертки, то есть, 50 кадров в секунду, а это и есть полная потенциальная скорость рендеринга для рассматриваемого примера. Благодаря схеме тройной буферизации минимизируется время простоя видеокарты, и, как видим, это дает очень хорошие результаты.

К сожалению, тройную буферизацию поддерживают далеко не все компьютерные игры. К тому же, она отнимает вычислительные ресурсы и определенную часть видеопамяти. Однако пока альтернативы этой технологии для получения высококачественного изображения при низкой скорости рендеринга не существует.

После прочтения этого материала у некоторых может возникнуть вопрос: так стоит задействовать вертикальную синхронизацию в настройках видеокарты или лучше все-таки ее отключить. Однозначного ответа на этот вопрос нет. Очевидно, что если вы просто хотите посмотреть, на что способна ваша видеокарта и "прогнать" какие-то синтетические или игровые тесты, то VSync лучше отключить. В этом случае вы не собираетесь наслаждаться картинкой или игровым процессом, а просто хотите получить информацию о максимальной производительности видеокарты в тех или иных единицах измерения. Кстати, все тестирования графических процессоров проводятся с отключенной вертикальной синхронизацией, поэтому в реальных игровых ситуациях карта может оказаться заметно медленней, чем о ней отзывались в том или ином тесте.

Если вы хотите получить максимальное качественное изображение без артефактов, то стоит включить вертикальную синхронизацию. Единственным недостатком этого решения будет резкое падение производительности в особо сложных сценах, когда скорость рендеринга становится ниже частоты развертки монитора. С этим можно бороться только к том случае, если конкретное приложение поддерживается тройную буферизацию, в противном случае придется либо отключить VSync, либо смириться с временно скромной производительностью как с неизбежным фактом.

Посмотрим на примере "Центра управления" для видеокарт ATI (Catalyst Control Center), как включить или отключить вертикальную синхронизацию и тройную буферизацию. Напомним, что Catalyst Control Center работает только при наличии установленной в системе среды.NET Framework 1.1, которую можно бесплатно скачать с сайта Misrosoft. Этой утилитой пользоваться необязательно - все видеокарты ATI могут работать и с традиционной "Панелью управления" (Control Panel).

Чтобы получить доступ к настройкам VSync, необходимо в "дереве" слева выбрать пункт 3D и подпункт All Settings - раздел Wait For Vertical Refresh. По умолчанию установлены следующие настройки: вертикальная синхронизация отключена, но ее может задействовать запущенное приложение. Это самая разумная настройка, и в подавляющем большинстве случаев ее изменять не стоит. Если перевести рычажок в крайнее левое положение, то VSync будет принудительно отключена, в крайнее правое - принудительно включена. Крайнее левое положение обеспечит максимально возможную производительность, а крайнее правое - наивысшее качество. Здесь же можно включить вертикальную синхронизацию, но если приложение ее не требует, то она использоваться не будет.

Включить тройную буферизацию можно, зайдя в пункт 3D и подпункт API Specific. Здесь сразу становится очевидным, почему эту возможность поддерживают далеко не все игры: тройная буферизация возможна лишь для приложений, работающих с программным интерфейсом (API) OpenGL. Соответствующая строчка предусмотрена именно в настройках для этого API - второй пункт снизу. По умолчанию тройная буферизация отключена.

Наконец, еще раз подчеркнем, что все вышеизложенное касается и ЭЛТ-, и ЖК-мониторов. Несмотря на принципиальные отличия в принципах вывода изображения, для видеокарты (то есть, ее драйвера, операционной системы и конкретного приложения) это однотипные устройства, на которые отправляются сгенерированные кадры с определенной частотой. Впрочем, владельцам жидкокристаллических дисплеев повезло больше: для этих мониторов типичная частота развертки - всего 60 Гц, а при наличии мощной видеокарты скорость рендеринга будет падать ниже 60 fps в редких случаях.

Надеемся, что эта небольшая статья помогла вам получить ответы на вопросы, которые с завидной регулярностью появляются в форумах по видеокартам. Как видите, все довольно просто, но и неоднозначно...

Почти во всех современных играх в параметрах графики можно наблюдать графу «вертикальная синхронизация». И всё у большего числа игроков возникают вопросы, так ли полезна эта синхронизация , ее влияние и зачем вообще она существует, как ее использовать на различных платформах. Разберёмся в этой статье.

О вертикальной синхронизации

Прежде чем приступить непосредственно к разъяснению о природе вертикальной синхронизации, следует немного углубиться в историю становления вертикальной синхронизации. Постараюсь как можно понятнее. Первые компьютерные мониторы представляли собой фиксированное изображение подающиеся одним сигналом кадровой развёрстки.

По времени появления нового поколения дисплеев, резко встал вопрос смены разрешения, что требовало к себе несколько режимов работы, те дисплеи подавали картинку с помощью полярности сигналов синхронно к вертикали.

Разрешение же VGA требовало к себе более тонкой настройки развёрстки и подавалось двумя сигналам по горизонтали, и по вертикали. В сегодняшних дисплеях за установление развёрстки отвечает встроенный контроллер.

Но если контролер соответственно драйверу устанавливает необходимое число кадров, под установленное разрешение к чему вообще нужна вертикальная синхронизация? Всё не так просто. Довольно часты ситуации, когда кадровая частота генерации видеокарты очень высока, но мониторы ввиду своей технической ограниченности не способны правильно отобразить это число кадров , когда частота обновления монитора значительно ниже частоты генерации видеокарты. Это приводит к резким движения картинки, артефактам и полосам.

Не успевая показывать кадры из файла памяти при включенной «тройной буферизации», они быстро сменяют себя, накладывая следующие кадры. И здесь технология тройной буферизации почти неэффективна.

Технология же вертикальной синхронизации и призвана устранить эти дефекты .

Она обращается к монитору с опросом на стандартную возможности обновления частоты и кадровой развёрстки, не позволяя кадрам из вторичной памяти переходить в первичную, ровно до того момента пока изображение не обновится.

Подключение вертикальной синхронизации

Абсолютное большинство игр имеет в себе эту функции в настройках графики непосредственно. Но случается когда такой графы нет, или же определённые дефекты наблюдаются при работе с графикой приложений, не включивших в себя настройки таких параметров.

В настройках каждой видеокарты можно включить технологию вертикальной синхронизации применительно ко всем приложениям или выборочно.

Как включить для NVidia?

Как и большинство манипуляций с картами NVidia выполняется через консоль управления NVidia. Там в графе управления параметрами 3D будет параметр синхроимпульса.

Его и следует перевести в положение, включено. Но в зависимости от видеокарты порядок будет иным.

Так в старых видеокартах параметр вертикальной синхронизации находится в главе глобальных параметров в той же графе управления параметрами 3D.

Видеокарты от ATI

Для настройки воспользуйтесь центром управления для вашей видеокарты. А именно центр управления Catalyst Control Center работает под управлением.NET Framework 1.1. Если у вас его нет, то и центр управления не запустится. Но не стоит переживать. В таком случаи есть альтернатива центру просто работа с классической панелью управления.

Для доступа к настройкам перейдите в пункт 3D, расположенный в меню слева. Там будет раздел Wait for Vertical Refresh. Изначально технология вертикальной синхронизации по умолчанию используется внутри приложения.

Переведение кнопки в левую сторону полностью отключит эту функцию, а вправо принудительно включит ее. Вариант по умолчанию здесь самый разумный , так как дает возможность непосредственно через настройки игры настраивает синхронизацию.

Подведем итоги

Вертикальная синхронизация – та функция, которая помогает избавиться от резких движений картинки, в некоторых случаях позволяет избавиться от артефактов и полос на изображении. И достигается это путем двойной буферизации принимаемой кадровой частоты, когда кадровая частота монитора и видеокарты не совпадают.

Сегодня вертикальная синхронизация есть в большинстве игр. Она работает почти так же как тройная буферизация, но затрачивает намного меньше ресурсов , поэтому и тройной буферизации в настройках игр можно увидеть реже.

Выбирая включать или не включать, вертикальную синхронизацию пользователь делает выбор, между качеством и производительностью. Включив он получает более плавную картинку, но меньшее число кадров в секунду.

Отключив же, он получает большее число кадров, но не застрахован от резкости и неопрятности картинки. В особенности это касается напряжённых и ресурсоемких сцен , где отсутствие вертикальной синхронизации или тройной буферизации особенно заметно.

Эта таинственная графа в параметрах многих игр оказалась не так проста, как казалась. И сейчас выбор применять ее или нет, остается лишь за вами и вашими целями в играх.

Вертикальная синхронизация (VSync : Vertical Synchronization) - это опциональный параметр поведения драйвера видеокарты. Включённая вертикальная синхронизация означает, что после отрисовки очередного кадра, во время переключения буферов (функция SwapBuffers() в ) драйвер будет ждать начала очередного обратного хода луча монитора, и только потом переключит экранные буферы.

Картинка на мониторах с электронно-лучевой трубкой отрисовывается лучом из электронов, который последовательно отрисовывает строки слева направо, потом возвращается в начало очередной строки (задержка горизонтальной синхронизации ), затем отрисовывает следующую строку и т.п. После того, как луч попал в правый нижний угол экрана, он возвращается в левый верхний угол (время, за которое он возвращается, называется задержкой вертикальной синхронизации ). (На самом деле, в цветных мониторах три луча - R, G, B, но принцип тот же.)

Зачем нужна вертикальная синхронизация? Дело в том, что время задержки вертикальной синхронизации обратного хода луча является идеальным для переключения экранных буферов. Если переключить буферы в любое другое время, то часть изображения на экране будет принадлежать старому кадру, а часть - новому. Из-за этого появятся артефакты «файтинга» между кадрами - может стать заметным неприятное дрожание, и даже при высоких анимация визуально не будет выглядеть плавной.

Однако, так как при вертикальной синхронизации делается задержка, то FPS неизбежно будет меньше, чем на аналогичной сцене, но с выключенным vsync. Это иногда неприемлемо, например, в разнообразных графических тестах.

Ручное включение или отключение вертикальной синхронизации.

Включить или выключить vsync обычно можно в настройках драйвера видеокарты. Открываете Display Properties (правой кнопкой мыши кликаете по декстопу и выбираете пункт выпадающего меню Properties), выбираете последнюю закладку Settings, нажимаете кнопку Advanced, находите настройки для ожидания вертикальной синхронизации (Wait for Vertical Sync), отключаете или включаете.

Программное включение или отключение вертикальной синхронизации.

Чтобы программно включить или выключить VSync в OpenGL, выполните следующий код.

Наверное, нет такого владельца компьютера, которому был бы незнаком термин «вертикальная синхронизация». Одни пользователи знакомятся с ним, стремясь увеличить производительность графической подсистемы, другие же - из простого любопытства, чтобы досконально изучить принцип работы компонентов вычислительной машины.

Вертикальная синхронизация может быть откорректирована в настройках драйвера видеокарты от любого производителя (Intel, AMD, NVidia). Если в первых версиях данная возможность была опциональной, то есть для ее активации требовалось использование вспомогательных программ или внесение изменений в реестр операционной системы, то впоследствии она была вынесена отдельным пунктом.

Доступная корректировка

В системах от «Майкрософт» доступ к данной настройке очень прост и, как правило, стандартен. Необходимо нажать правую кнопку мышки на любом свободном участке рабочего стола и выбрать «Разрешение экрана» (Win 7-8). Если в отобразившемся окошке нажать ссылку «Дополнительные параметры», то в группе верхних вкладок обязательно будет присутствовать панель управления видеоадаптером. Выбрав ее, пользователь увидит меню настроек драйвера, в одном из пунктов которого присутствует «вертикальная синхронизация». Точное расположение и название указать нельзя, так как это зависит от разработчика, но ошибиться, тем не менее, невозможно. Так, это может быть «Vsync», «Синх. по вертикали», «Синхронизация» и пр. Хотя обычно параметр может принимать одно из двух значений, иногда встречаются решения с тремя. Например, вертикальная синхронизация ATI допускает не только варианты «Разрешить/Запретить», но и режим «Авто».

В этом случае выбор предоставляется драйверу и работающему приложению. Однако смысл остается тем же самым, разве что управление предоставляется программе, а не человеку.

Производительности много не бывает

Любители виртуальных баталий знают, что правильно выставленная вертикальная синхронизация в играх во многих случаях может значительно поднять частоту кадров, выводимых видеоадаптером на экран монитора. Фактически это означает, что иногда таким способом удается отсрочить необходимость покупки новой видеокарты (хотя, конечно, чудес ждать не стоит). Именно поэтому мы рекомендуем выставить такой режим, при котором вертикальная синхронизация запрещена. Такое решение объясняется просто: ценители идеальной картинки вряд ли будут бороться за каждый лишний «fps» и читать о синхронизации, так как в их компьютерах установлены мощные видеоадаптеры, ну а владельцам «слабых» видеокарт более интересен сам игровой процесс, а не «тормозящие» красоты графики. Страшные полосы на изображениях, которыми любят пугать различные информационные ресурсы, в действительности практически незаметны.

Тайна, которой нет

Несмотря на то, что повышение производительности «из воздуха» на первый взгляд кажется чем-то невероятным, на самом деле все очевидно. В выводе видеосигнала на экран принимают участие два ключевых компонента: видеокарта и электроника монитора.

Последний, как известно, кроме прочего, характеризуется частотой кадровой развертки (у бюджетных ЖК чаще всего это 60 Гц). Она указывает, как много полных «экранов» может быть отображено за одну секунду. Видеоадаптер также передает на монитор не непрерывный поток данных, а последовательность сформированных кадров. Нетрудно понять, что пока электроника устройства отображения в состоянии вывести на экран все переданные кадры, проблем не возникает.

Некоторые нюансы

Если же вычислительная мощь видеопроцессора настолько велика, что количество кадров превышает возможности монитора, то начинаются срывы синхронизации (на экран могут выводиться картинки, сформированные из двух ближайших кадров). Это проявляется в единичных горизонтальных полосах на движущемся изображении: картинка словно склеена из двух частей. При этом об идеально «гладком» кадре можно забыть. Для решения этого вопроса можно приобрести монитор, частота кадровой развертки которого будет превышать 100 Гц (современные системы), или включить синхронизацию в драйвере. При этом видеоадаптер начнет контролировать кадры экрана: подача на вывод каждого последующего будет происходить лишь по окончании отрисовки предыдущего. Недостаток очевиден: видеокарта будет простаивать, ожидая завершения работы монитора. Собственно, название параметра в данном случае говорит само за себя: «синхронизация» от «синхронно», когда две частоты равны.

В форумах, посвященных настройке видеокарт, с завидной регулярностью появляются вопросы, посвященные тому, стоит ли включать в драйверах карт так называемую вертикальную синхронизацию или нет. О том, что это такое, и зачем это нужно - читайте в этой статье.

Чтобы понять смысл вертикальной синхронизации, необходимо совершить небольшой экскурс в историю. Первые компьютерные мониторы работали с фиксированными разрешениями и с фиксированными частотами развертки. С появлением мониторов EGA появилась необходимость выбора различных разрешений, что обеспечивалось двумя режимами работы, которые задавались полярностью сигналов синхронизации изображения по вертикали. Мониторам, поддерживающим разрешение VGA и выше, потребовалась уже точная настройка частот развертки. Для этого использовались уже два сигнала, отвечающие за синхронизацию изображения как по горизонтали, так и по вертикали. В современных мониторах за подстройку развертки в соответствии с установленным разрешением отвечает специальная микросхема-контроллер.

Для чего же в настройках видеокарт сохранен пункт "вертикальная синхронизация", если монитор способен автоматически настраиваться в соответствии с установленным в драйвере режимом? Дело в том, что, несмотря на то, что видеокарты способны генерировать очень большое число кадров в секунду, мониторы не могут его качественно отображать, в результате чего возникают различные артефакты: полосность и "рваное" изображение. Чтобы этого избежать, в видеокартах предусматривается режим предварительного опроса монитора о его вертикальной развертке, с которой и синхронизируется число кадров в секунду - всем знакомые fps. Иными словами, при частоте вертикальной развертки 85 Гц число кадров в секунду в любых играх не будет превышать восьмидесяти пяти.

Частота вертикальной развертки монитора означает, сколько раз обновляется экран с изображением в секунду. В случае с дисплеем на основе электронно-лучевой трубки, сколько бы кадров в секунду не позволял "выжать" из игры графический ускоритель, частота развертки физически не может быть выше установленной. В жидкокристаллических мониторах не существует физического обновления всего экрана: здесь отдельные пиксели могут светиться или не светиться. Однако сама технология передачи данных через видеоинтерфейс предусматривает, что на монитор от видеокарты передаются кадры с определенной скоростью. Поэтому, с долей условности, понятие "развертки" применимо и к ЖК-дисплеем.

Откуда же появляются артефакты изображения? В любой игре количество генерируемых кадров в секунду постоянно меняется, в зависимости от сложности картинки. Поскольку частота развертки у монитора постоянная, рассинхронизация между fps, передаваемыми видеокартой, и скоростью обновления монитора приводит к искажению изображения, которое как бы разделяется на несколько произвольных полос: одна часть из них успевает обновиться, а другая - нет.

К примеру, монитор работает с частотой развертки 75 Гц, а видеокарта в какой-либо игре генерирует сто кадров в секунду. Иными словами, графический ускоритель работает примерно на треть быстрее, чем система обновления монитора. За время обновления одного экрана карта вырабатывает 1 кадр и треть следующего - в результате на дисплее прорисовывается две трети текущего кадра, а его треть заменяется третью кадра следующего. За время очередного обновления карта успевает сгенерировать две трети кадра и две трети следующего, и так далее. На монитор же в каждые два из трех тактов развертки мы наблюдаем треть изображения от другого кадра - картинка теряет плавность и "дергается". Особенно заметен этот дефект в динамичных сценах или, например, когда ваш персонаж в игре осматривается.

Однако было бы в корне неправильным считать, что если видеокарте запретить генерировать более 75 кадров в секунду, то с выводом изображения на дисплей с частотой вертикальной развертки 75 Гц все было бы в порядке. Дело в том, что в случае с обычной, так называемой "двойной буферизацией", кадры на монитор поступают из первичного кадрового буфера (front buffer), а сам рендеринг осуществляется во вторичном буфере (back buffer). По мере заполнения вторичного буфера кадры поступают в первичный, однако поскольку операция копирования между буферами занимает определенное время, если обновление развертки монитора придется на этот момент, подергивания изображения все равно избежать не удастся.

Вертикальная синхронизация как раз и решает эти проблемы: монитор опрашивается на предмет частоты развертки и копирование кадров из вторичного буфера в первичный запрещается до того момента, пока изображение не обновится. Эта технология прекрасно работает, когда скорость генерации кадров в секунду превышает частоту вертикальной развертки. Но как же быть, если скорость рендеринга кадров падает ниже частоты развертки? К примеру, в некоторых сценах у нас число fps снижается со 100 до 50.

В этом случае происходит следующее. Изображение на мониторе обновилось, первый кадр копируется в первичный буфер, а две трети второго "рендерятся" во вторичном буфере, после чего следует очередное обновление изображения на дисплее. В это время видеокарта заканчивает обработку второго кадра, который она еще не может отправить в первичный буфер, и происходит очередное обновление изображение тем же самым кадром, который все еще хранится в первичном буфере. Потом все это повторяется, и в результате мы имеем ситуацию, когда скорость вывода кадров в секунду на экран в два раза ниже, чем частота развертки и на треть ниже потенциальной скорости рендеринга: видеокарта сначала "не успевает" за монитором, а потом ей, напротив, приходится ожидать, пока дисплей повторно заберет кадр, хранящийся в первичном буфере, и пока во вторичном буфере освободится место для расчета нового кадра.

Получается, что в случае с вертикальной синхронизацией и двойной буферизацией качественное изображение мы может получить только в том случае, когда число кадров в секунду равно одному из дискретной последовательности значений, рассчитываемых как соотношение частоты развертки к некоторому положительному целому числу. К примеру, при частоте обновления 60 Гц число кадров в секунду должно быть равным 60 или 30 или 15 или 12 или 10 и т.д. Если потенциальные возможности карты позволяют генерировать менее 60 и более 30 кадров в секунду, то реальная скорость рендеринга будет падать до 30 fps.

Вернемся к нашему примеру с частотой развертки 75 Гц и 100 кадрам в секунду. При включении вертикальной синхронизации артефакты изображения пропадают. Когда скорость рендеринга в особо сложных сценах снижается примерно до 60 fps и включена VSync, реальная же скорость расчета кадров падает почти вдвое. Иными словами, вертикальная синхронизация в сочетании с двойной буферизацией хороша только тогда, когда скорость рендеринга не падает ниже частоты развертки, поскольку в других случаях производительность резко падает.

Согласитесь, было странным, если бы инженеры не нашли решения этой проблемы. Чтобы скорость рендеринга не падала из-за ожидания, пока освободится первичный буфер, была разработана технология тройной буферизации - то есть в описанную выше схему был добавлен еще один кадровый буфер. Благодаря этому карта может не дожидаться освобождения первичного буфера и рассчитывать картинку в этом третьем буфере.

Работает тройная буферизация следующим образом (при скорости рендеринга 50 кадров в секунду и частоте обновления монитора 75 Гц). Первый кадр находится в первичном буфере, две трети второго кадра обрабатываются во вторичном буфере. После обновления экрана первым кадром во вторичный буфер поступает последняя треть второго кадра, а треть третьего кадра начинает "рендериться" в третьем буфере. После второго обновления экрана первым кадром второй кадр копируется в первичный буфер, а первая треть третьего кадра перемещается во вторичный буфер. Оставшиеся две трети кадра номер три обрабатываются в третьем буфере, происходит первое обновление экрана вторым кадром, а кадр три полностью переносится во вторичный буфер. Затем этот процесс повторяется с начала.

Как нетрудно подсчитать, в данном случае два кадра выводятся на экран за три цикла обновления, что составляет две трети от частоты развертки, то есть, 50 кадров в секунду, а это и есть полная потенциальная скорость рендеринга для рассматриваемого примера. Благодаря схеме тройной буферизации минимизируется время простоя видеокарты, и, как видим, это дает очень хорошие результаты.

К сожалению, тройную буферизацию поддерживают далеко не все компьютерные игры. К тому же, она отнимает вычислительные ресурсы и определенную часть видеопамяти. Однако пока альтернативы этой технологии для получения высококачественного изображения при низкой скорости рендеринга не существует.

После прочтения этого материала у некоторых может возникнуть вопрос: так стоит задействовать вертикальную синхронизацию в настройках видеокарты или лучше все-таки ее отключить. Однозначного ответа на этот вопрос нет. Очевидно, что если вы просто хотите посмотреть, на что способна ваша видеокарта и "прогнать" какие-то синтетические или игровые тесты, то VSync лучше отключить. В этом случае вы не собираетесь наслаждаться картинкой или игровым процессом, а просто хотите получить информацию о максимальной производительности видеокарты в тех или иных единицах измерения. Кстати, все тестирования графических процессоров проводятся с отключенной вертикальной синхронизацией, поэтому в реальных игровых ситуациях карта может оказаться заметно медленней, чем о ней отзывались в том или ином тесте.

Если вы хотите получить максимальное качественное изображение без артефактов, то стоит включить вертикальную синхронизацию. Единственным недостатком этого решения будет резкое падение производительности в особо сложных сценах, когда скорость рендеринга становится ниже частоты развертки монитора. С этим можно бороться только к том случае, если конкретное приложение поддерживается тройную буферизацию, в противном случае придется либо отключить VSync, либо смириться с временно скромной производительностью как с неизбежным фактом.

Посмотрим на примере "Центра управления" для видеокарт ATI (Catalyst Control Center), как включить или отключить вертикальную синхронизацию и тройную буферизацию. Напомним, что Catalyst Control Center работает только при наличии установленной в системе среды.NET Framework 1.1, которую можно бесплатно скачать с сайта Misrosoft. Этой утилитой пользоваться необязательно - все видеокарты ATI могут работать и с традиционной "Панелью управления" (Control Panel).

http://img.terralab.ru/pubimages/98286.jpg " width=377 border=0>

Чтобы получить доступ к настройкам VSync, необходимо в "дереве" слева выбрать пункт 3D и подпункт All Settings - раздел Wait For Vertical Refresh. По умолчанию установлены следующие настройки: вертикальная синхронизация отключена, но ее может задействовать запущенное приложение. Это самая разумная настройка, и в подавляющем большинстве случаев ее изменять не стоит. Если перевести рычажок в крайнее левое положение, то VSync будет принудительно отключена, в крайнее правое - принудительно включена. Крайнее левое положение обеспечит максимально возможную производительность, а крайнее правое - наивысшее качество. Здесь же можно включить вертикальную синхронизацию, но если приложение ее не требует, то она использоваться не будет.

http://img.terralab.ru/pubimages/98285.jpg " width=377 border=0>

Включить тройную буферизацию можно, зайдя в пункт 3D и подпункт API Specific. Здесь сразу становится очевидным, почему эту возможность поддерживают далеко не все игры: тройная буферизация возможна лишь для приложений, работающих с программным интерфейсом (API) OpenGL. Соответствующая строчка предусмотрена именно в настройках для этого API - второй пункт снизу. По умолчанию тройная буферизация отключена.

Наконец, еще раз подчеркнем, что все вышеизложенное касается и ЭЛТ-, и ЖК-мониторов. Несмотря на принципиальные отличия в принципах вывода изображения, для видеокарты (то есть, ее драйвера, операционной системы и конкретного приложения) это однотипные устройства, на которые отправляются сгенерированные кадры с определенной частотой. Впрочем, владельцам жидкокристаллических дисплеев повезло больше: для этих мониторов типичная частота развертки - всего 60 Гц, а при наличии мощной видеокарты скорость рендеринга будет падать ниже 60 fps в редких случаях.

Надеемся, что эта небольшая статья помогла вам получить ответы на вопросы, которые с завидной регулярностью появляются в форумах по видеокартам. Как видите, все довольно просто, но и неоднозначно...