1080 vs 1080 Ti - ANÁLISIS

Supersampling. Estirando los límites de la Realidad.

En la Realidad Virtual las cosas se miden de otra manera que en este mundo real. Allí adentro los tirones producen vértigo, el judder marea y cualquier extraño que haga la imagen arruina completamente la experiencia. Muchas veces el framerate bajará de forma alarmante y nos picarán los ojos de lo mal que se ve cuando en otras situaciones ni siquiera percibiremos que nuestro sistema se desangra generando una avalancha de frames perdidos o sintéticos. Por esa razón los tests para RV son algo más especiales. La aplicación FCAT (Manual aquí) permite medir varios parámetros relacionados con nuestros queridos frames y sacar a la luz todo aquello que el ojo no llega a ver:

Antes de meternos en acción, repasemos algunos conceptos para conocer qué ocurre frente a nuestros ojos y así tener más capacidad crítica sobre nuestro equipo y los resultados que ofrece. Nvidia nos lo explica de esta manera:

El motor que genera y entrega los Frames en un ecosistema RV se divide en dos partes:  

• VR Game
• VR Runtime.

Si todo va como debe (los frames se generan a tiempo porque nuestro PC tiene potencia de sobra para ello), la vida del frame es la siguiente:

1. El juego (VR Game) toma la posición del visor y actualiza la posición de la cámara en el juego para sincronizar correctamente la posición de la cabeza del usuario. 
2. El juego calcula el frame y la GPU lo renderiza a una textura intermedia (Rendered Frames).
3. La parte VR Runtime lee la textura intermedia, la modifica (Time Warp) para corregir las aberraciones de la lente, tanto cromáticas como geométricas, y genera la imagen final en la pantalla del visor. (ScanOut)

Este proceso no debería de tomar más de 11 ms para mantener los 90FPS. Cuando se sobrepasa la marca de 11 ms, VR Runtime detecta una anomalía y entonces se pone en marcha el sistema de generación de frames sintéticos para corregir ese espacio vacío. 

En los cuadros se puede ver cómo el Frame 1 se genera en menos de 11ms. Luego el Runtime lo modifica y mientras se calcula el Frame 2, el visor muestra (Scan Out) el Frame 1 . Ese es el escenario normal que esperamos de cualquier gráfica.

Ahora bien, cuando el Frame 2 tarda más de 11 ms (porque el juego no está bien optimizado o porque nuestro sistema no da más de sí) se pueden producir 2 errores:

• DROPPED FRAMES

  Si nuestro sistema no completa el render del frame a tiempo, se produce una caída (drop) en el continuo del video ya que no existe nada que mostrar al usuario. Para paliar el efecto, el RUNTIME repite el FRAME 1 donde debería de estar el FRAME 2. Al efecto resultante se le llama Stutter (tartamudeo) e incrementa la sensación incómoda de que algo en el juego no funciona como debería. La sensación final es de que el juego se engancha en algunos puntos (frames repetidos). 

• SYNTHESIZED FRAMES

  La archifamosa técnica SpaceWarp Asíncrona (ASW) se emplea en la RV para crear nuevos frames basados en la predicción del frame siguiente al actual. Cuando nuestro sistema se ahoga (>11ms) se agarra al ASW para salvar el tipo. Como el visor (Scan Out) necesita sacar una imagen sí o sí, en vez de repetir FRAMES como DROPPED FRAMES, el VR Runtime interpola (sintetiza) información del Frame 1 anterior con el Runtime del Frame 2 tratando de adivinar lo que viene y que el resultado se note lo menos posible. Y así continua generando frames sintéticos hasta que el sistema general se ponga al día dentro de los 11 ms. Si ASW falla, se producirá un WARP MISS. Pero cuidado: demasiados frames sintéticos evidencian una de estas dos cosas: o que nuestro equipo se está yendo por el retrete virtual y no tiene potencia para tanto Supersampling / efectos / resolución como nosotros queremos, o que el juego está tan mal optimizado para la RV que aunque dispusiéramos de 4 Titan en SLI (cuando el SLI llegue a funcionar en RV) el juego seguiría apestando a frames perdidos (¿Obduction?). La regla de oro dice que el mejor frame es un frame renderizado, luego uno sintético y por último un frame perdido. 

• WARP MISS

  El peor de los casos: cuando el RUNTIME es incapaz de renderizar el FRAME, se produce el vacío. Siendo el último eslabón de la cadena no hay nadie que nos salve del desastre. Una cantidad ingente de WARP MISS y tiraremos el juego a basura.

FRAME TIME

Es el tiempo de generación de cada frame. Este valor deberá de ser el más bajo posible puesto que es el responsable directo de mantener el ritmo de imágenes que se envían a nuestros ojos. Por norma general, si el tiempo que tarda el conjunto de nuestra CPU y GPU en generar el frame supera los 11 Milisegundos, se producirá una latencia en el sistema de visionado. En vez de sacar un frame en negro, esperará a que el sistema decida qué hacer. De lo que ocurre mientras tanto se encargarán técnicas como el ASW. 

SUPERSAMPLING 

La madre de todos los conceptos en la RV de primera generación y el valor que convierte nuestras HMD en algo cercano a una segunda generación. Supersampling hace referencia al aumento de la resolución del frame previo paso a rebajarlo de nuevo a la resolución nativa antes de visualizarlo. En resumen, hacemos algo mucho más grande para luego meterlo de nuevo en nuestros visores. Así se consigue mayor claridad en las texturas y los textos. Las Oculus, por ejemplo, tienen una resolución nativa de 2160x1200. El supersampling, valor forzado a través del menú de Debug o en el interior del juego (si lo tiene), multiplica esa resolución en tramos de 0,1. Valores típicos de SS que veremos en los test:

• 0.5 = 672x800 por ojo (1344x800 completa) (62% menor)
• 0.8 = 1080x1200 por ojo. (2160x1200 completa) Resolución nativa. *** 
• 1.0 = 1344x1600 por ojo. (2688 x 1600 completa) (124% mayor)
• 1.5 = 2016x2400 por ojo (4032 x 2400 completa) (186% mayor)
• 1.7 = 2285x2720 por ojo (4569 x 2720 completa) (211% mayor) > 4K
• 2.0 = 2688x3200 por ojo (5376 x 3200 completa) (248% mayor) > 5K

FCAT. Lo que el ojo virtual no ve.

Empezando por el test anterior de FutureMark que ambas tarjetas pasaron sin despeinarse, comprobemos si realmente ocurrió lo que la marca de 90FPS nos dijo:

La Asus 1080 GTX STRIX, perfecta en el test VRMARK (90FPS), delata ciertos frames repetidos y sintéticos. ¿Cómo leemos la tabla? En cada caso, el test duró 60 segundos (60 segundos * 90 FPS = 5400 frames ideales). El primer test, con SS 0, generó 5348 Frames. De ellos, 5209 fueron renderizados a tiempo y 139 tuvieron que ser repetidos (Dropped). De ellos, el RUNTIME falló 4 veces.

Elevando el SS a 1.5 (recordar, un 186% mayor de la original a resolución de 4032x2400),  los frames repetidos se redujeron a 90 y el ASW ayudó en 6 ocasiones sin que el RUNTIME perdiera un solo frame. A un SS de 2.0 (5376x3200 >5k), el framerate general siguió bajando (5FPS), pero los frames repetidos se disparan hasta 154 y el ASW acudió al rescate 66 veces para perder solamente 2.

En las gráficas se ve claramente (líneas en rojo) los momentos en que la GPU sufrió DROPPED FRAMES y en amarillo (solo a partir de SS 2.0 y cuando la mayoría de los frames tomaban más de 11ms en generarse) se dibujan los frames sintéticos que ayudaron en los momentos más exigentes.

Pero VRMark es una aplicación diseñada para benchmarking, no un juego comercial. Dentro de los títulos que conforman el catálogo virtual, hay algunos que permiten cambiar el valor de Super Sampling de manera nativa dentro del juego. Vamos a centrarnos en algunos de ellos:

ROBORECALL

Título desarrollado en conjunto con Oculus, se presupone muy optimizado para la RV. Los valores aquí detallados corresponden a la gráfica Asus 1080Ti GTX STRIX, overclock de fábrica y Supersampling en Oculus Debug desactivado (0). 

La gráfica ofrece los resultados en 5 valores standard: 0.7, 1.0, 1.5, 1.7, 2.

(Abrir imagen en pestaña nueva para ver la imagen a mayor resolución)

Los datos de FPS en bruto, sin el límite de 90 que impone el framework, muestra el coste que el SuperSampling demanda en cada salto de SS.  A una resolución de 0.7, el sistema genera 171 FPS mientras que a resoluciones máximas 2.0 (5376 x 3200) llega a 83 FPS.

Desde nuestro punto de vista, lo más interesante de este test (y los siguientes) radica en la distancia entre los valores de SS 1.5 y 1.7. ¿Supone un salto visual enorme o es algo difícil de apreciar?

A 1.5 (2016x2400) los frames se generan por debajo de 11ms en casi todo el test mientras que aumentando a 1.7 (2285x2720) superamos ese límite en la práctica mayoría de frames (ver gráfica y valores de Avg. frametime). Juzgar vosotros mismos si el salto de potencia necesaria se corresponde con el salto visual.

 Un resumen de todas las resoluciones y SS probadas.

ARIZONA SUNSHINE

Título imprescindible en cualquier visor y uno de los mas adictivos en la RV. Arizona está plagado de detalles y con valores altos de supersampling sus desiertos florecen de vida. Igual que en el test anterior, jugaremos con todos los valores estándar y el SS en el menú Debug, desactivado.

A resoluciones de 1.5 el tiempo de generación de FRAMES se mantiene a unos cómodos 9.24ms, con solo 16 FRAMES repetidos y solo 1 error general (de un total de 7137 FRAMES, o 118 segundos de test). Subiendo a 1.7 el salto en la generación de FRAMES es enorme, superando con creces los 11ms hasta 12.22. En 2.0, a 15.16ms, la jugabilidad se resiente bastante. La mitad de los FRAMES generados a estas resoluciones corresponde a FRAMES de ASW (5069 reales vs. 5069 sintéticos) clavando el framerate general a 45FPS por el caudal tan pobre que la 1080Ti suministra (65.98). 

ELITE DANGEROUS

El juego más envolvente de cuantos existen en la RV y la razón de que muchos de nosotros hayamos visto naves ardiendo más allá de Orión. Mientras Elon Musk no invente una Asp Explorer de verdad, el supersampling es lo único que tenemos a mano para mejorar el aspecto de todo un universo de estrellas incandescentes.

Elite Dangerous tiene algo que ninguno de los otros títulos de RV ofrece: modificar el valor de Supersampling desde dos puntos diferentes: HMD QUALITY y SuperSampling. A falta de una explicación 100% oficial, Supersampling modifica el valor interno del juego mientras que HMD quality hace referencia al valor Pixel per Pixel Density general del visor. En cualquier caso, hay cientos de hilos discutiendo por qué cada uno es mejor que el otro y cientos de opiniones diferentes sobre qué valores usar en uno y otro (incluso steamVR por encima de los dos). Siguiendo la explicación comúnmente aceptada, el primer valor hace referencia a SS interno del juego y el segundo valor a HMD Quality. 

En valores mínimos 0.5-0.5 tenemos una generación de FRAMES de 3.48ms. Los sucesivos saltos llegan hasta 2-1 y 1-2, superando ampliamente en ambos casos los 20ms, inviable para la jugabilidad. El termino medio podría darse en 0.65-1.75, con una generación de FRAMES de 8.43ms. 

OBDUCTION

Precedido de muchísimo ruido virtual, Cyan Worlds presentó Obduction como uno de los primeros AAA de la realidad virtual. El título ofrece una historia digna de la saga Myst con el aliciente de poder caminar sin límites por sus escenarios de puzzles, palancas e ingenios extraños. Lamentablemente Cyan ha sido incapaz de optimizar el juego para un visor virtual y ni siquiera a calidades infrahumanas consigue moverse con fluidez. ¿Qué ocurre bajo la alfombra de Obduction? FCAT nos da algunas pistas.

Cuando un estudio serio saca al mercado un título con el logotipo de RV en él, cualquiera se imagina que al menos alguien se habrá puesto un visor para probarlo. Nos gustaría hablar con los beta-tester de Cyan Worlds y preguntarles su opinión sobre los resultados de más arriba. Con SS a 0 y todos los efectos a nivel Bajo o desconectados, tenemos un Frametime de 13.90ms, un nivel que en cualquier otro juego RV supondría estar en límites de SS 2.0 con todo a Ultra. De los 5425 FRAMES en Baja, casi la mitad fueron sintéticos. 

Pero entonces nos hicimos la pregunta, ¿será que tenemos algo extraño en las opciones? Dejemos que el juego elija por nosotros la calidad y probemos.Y ya que tenemos una de las gráficas más potentes jamás inventadas, subamos el SS a un 1.7 (perfecto para el resto de títulos) y hagamos OC aumentando 90 puntos todos los valores de Velocidad de memoria, GPU y Frames (una vez probado que el PC funcionaba sin problemas también en otros títulos). ¿Mejoró algo?

Juzgar vosotros mismos. Ni un solo FRAME generado dentro de la ventana de 11ms. Dropped FRAMES por doquier y el ASW tratando de mantener los 45FPS cueste lo que cueste (fallando miserablemente en otras zonas donde llega a mantenerse a unos vergonzosos 25FPS.)