30, 60 ou 120 fps: As diferenças

Há muitas diferenças entre 30, 60 e 120 fps… E neste artigo vamos tentar inúmera-las todas.

Diferença 1 – a fluidez de movimentos.

Há pela internet uma quantidade enorme de vídeos que tenta demonstrar a diferença de fluidez entre os 30 e os 60 fps. Uma diferença que entre os 60 e os 120 fps será basicamente semelhante.

Sinceramente nem me vou dignar a procurar um video desses uma vez que estamos a falar de algo que é tão lógico e coerente que não parece necessário estar aqui a demonstrar. Uma animação com 2 fotogramas por segundo será menos fluída que uma com 4, assim como 4 será menos fluída que uma com 8, uma com 8 menos fluída que uma com 16 e por aí fora.

Quantos mais imagens conseguirmos mostrar no mesmo espaço de tempo mais fluída é a animação, e isso será sempre verdade, independentemente dos valores usados.

A grande questão é que estamos aqui perante ganhos decrescentes. A cada nova duplicação de fotogramas o ganho não será visualmente tão grande como na duplicação anterior, e há estudos que demonstram que acima das 24 imagens por segundo o nosso cérebro faz ele mesmo a interpolação das imagens em falta, e consequentemente vê uma imagem fluída. Esse é um dos motivos pelo qual o cinema usa muito 24 fotogramas por segundo!

Isso não quer dizer que o nosso cérebro não consiga perceber mais fotogramas, porque percebe. Mas isso vai depender muito das pessoas e da sensibilidade de cada um.

Agora podem dizer: Ah, mas eu estava a jogar um jogo a 30 fps e ele caiu para os 24 fps e eu notei logo, e supostamente acima dos 24 não deveria notar assim tanto.

Mas sim, nota-se. E por três motivos.

• Primeiro porque é uma quebra. Se o jogo corresse a 24 fps e tivesse ligeiros picos para 30 fps não seriam tão notórios como o jogo ser 30 fps e haver uma quebra para 24 fps. Isto tem a ver com a cadência a que o cérebro se impõem, sendo que ele é mais sensível a quebras do que a melhorias.
• Segundo porque o estamos a ver os jogos num televisor, e o televisor não funciona a 24 Hz, mas sim a 30 Hz, o que quer dizer que se o GPU apenas calcular 24 fps, o televisor vai dobrar o tempo de amostragem de 6 fotogramas para apresentar os 30. Isto quer dizer que a distribuição do tempo se acumula em alguns fotogramas, passando o seu tempo de exibição para o dobro. Isso quer dizer que vocês verão 24 fotogramas numa cadência de 30 fotogramas por segundo, e 6 fotogramas numa cadência de 15 fotogramas por segundo. Ou seja, vocês em altura nenhuma vão ver algo a 24 fotogramas por segundo. Essa situação de 24 fps tão usada no cinema, requereria que o televisor tivesse suporte VRR entre os 48 e os 60 Hz (algo que será um standard no HDMI 2.1), que em fotogramas entre os 24 e os 30, pura e simplesmente duplicaria os fotogramas todos mostrando uma cadência devidamente dividida por igual em todos os fotogramas.
• Terceiro porque uma alteração na fluidez tem impacto num outro parâmetro que abordaremos de seguida. O tempo de resposta.

Diferença 2 – A velocidade de resposta

Uma das coisas que torna a diferença entre fotogramas notória é a subida do tempo de resposta ao input do utilizador. Basicamente um jogo por norma opera internamente à mesma velocidade a que faz o output dos dados. E isso quer dizer que quando os fps descem dos 30, o jogo processa internamente a menos de 30 também. Isso quer dizer que quando há um input dado no controlador, o tempo de resposta vai ser mais demorado, e isso tem consequências na jogabilidade.

O motivo pelo qual os gamers profissionais procuram sistemas capazes de lhes debitarem mais fps prende-se com o caso 1, mas acima de tudo com este caso 2. O sistema respondendo mais depressa, o jogador responde mais depressa, e envia primeiro o sinal de que a tecla foi pressionada, e isso, num jogo multi, pode significar a diferença entre a vida e a morte.

E conjugando-se o caso da diferença 1 com o da diferença 2, os jogadores querem e preferem mais fps num jogo. 60 será preferível a 30 e 120 preferível a 60.

E estes são os pontos positivos de mais fotogramas. No entanto há outras diferenças entre os vários modos, que tem impacto noutras situações, nomeadamente os visuais.

Diferença 3 – O tempo de processamento.

A questão do tempo de processamento é relevante devido à enorme confusão que surge em algumas cabeças devido ao PC!

É que temos algumas máquinas que processam um jogo a 30 fps, com qualidade máxima, e outras que conseguem a mesma qualidade a 60 ou mesmo 120 fps. E daí que haja quem julgue que mais fps é algo que se obtém com um simples virar de um interruptor.

E nesse aspecto os vídeos existentes que demonstram a diferença de fluidez não são um bom exemplo, pois eles não tem em conta a eventual necessidade de cortes na qualidade gráfica para se alcançar mais fps que existe numa consola, mas que num PC se superam com uma máquina com o dobro da potencia na mesma resolução.

Ou seja, com duas máquinas, uma com o dobro da performance da outra e ambas com capacidade para a qualidade máxima, teremos isto:

Mas nas consolas a coisa não é assim, e nas consolas mais poder não significa mais fps, a não ser que os jogos a serem jogados sejam jogos com qualidade da geração anterior.

Porque quando entramos numa qualidade de nova geração, todas as consolas passam a ter o mesmo processamento, e os requisitos mínimos para o jogo usam essas capacidades. E daí que todas as consolas passam a dar o mesmo, e a qualidade é igual em todas.

Ora num caso desses, onde o todo o hardware é igual, o grande problema de se aumentar os fotogramas é o tempo disponível para processamento em cada fotograma. 30 fotogramas por segundo implica que cada fotogramas tem de ser calculado em 1/30 de segundo, ou 33,3 milisegundos.

Mas subindo isto para 60 o tempo passa para 1/60, ou seja metade do primeiro, o que implica 16.6 ms. E 120 fps diminui isso para 1/20 do segundo ou cerca de 8.6 milisegundos (tudo valores arredondados).

Isto quer dizer que duplicar os fotogramas tem uma implicação, e essa implicação é diminuir o tempo de processamento disponível para metade.

E que consequências é que isso tem?

É que a foto de cima, na realidade passará a ser algo assim:

Apenas para percepção: foto de cima: Xbox One. Foto de baixo: Xbox 360 – O texto dos fps foi colocado por nós, não correspondendo à realidade.

A questão é que um jogo tem processamento do mais diverso que tem de ocorrer nesse tempo. E quando temos um jogo a ocupar os 33 ms todos na produção de algo, diminuir isso para metade é algo que impede que o processamento existente possa ser feito.

Dado que o sistema trabalha sempre à sua velocidade máxima, diminuir o tempo para metade não é algo que possa acontecer. Há necessidade de que se processe apenas metade do que se processava antes.

Ou seja, o que se pode processar a 60 fps é metade do que se processa a 30 fps. E o que se processa a 120 fps é metade do que se processa a 60 fps e 1/4 do que se processa a 30 fps.

Note-se porém que metade é uma forma simplista de se colocar a coisa pois ela implicaria um corte em tudo por igual. Ora se passarmos as texturas para metade da qualidade e a geometria para metade da qualidade, acabamos com um jogo visualmente diferente do que teríamos a 30 fps.

Isso pode não ser um problema se todo o jogo for criado para 60 fps, e apenas 60 fps. Mas e se o jogo for por exemplo um Halo ou um Uncharted, onde apenas pretendemos os 60 fps no multiplayer, mas tinhamos 30 fps no single?

Naturalmente que em um caso desses não podemos estar a alterar a geometria e a qualidade das texturas para metade. Porque isso implicaria um resultado visual bastante diferente.

Assim o que se faz  são cortes moderados nessas partes que mantenham visualmente um aspecto semelhante. E isso tem uma implicação, é que o tempo despendido no processamento dessas partes não cai para metade. E assim sendo algo mais terá de ser cortado.

O que tem tendência a sofrer é então o pós processamento ou os efeitos. O bloom, o subsarface scattering, os efeitos de particulas, os reflexos, o ambient occlusion, etc, serão o sacrificados. Aqui eles não só terão de levar o corte para metade da qualidade, mas em alguns casos, para compensar o que não passa para metade, descer abaixo disso, ou serem mesmo dispensados.

O resultado é um resultado visualmente diferente e com menor qualidade.

Ora esta situação torna-se ainda pior quando queremos alcançar os 120 fps. O tempo de cálculo desce para 1/4 do disponível a 30 fps, e como tal a qualidade gráfica terá de sofrer valentemente.

Provavelmente um dos problemas do Halo Infinite passava por aí, e a resolução dos seus problemas passará por abandonar o suporte aos 120 fps. Repare-se que a Microsoft quer no jogo split screen até 4 jogadores, e 120 fps. É demasiadamente ambicioso.

Claro que impossível não é. basta ver o Star Wars Battlefront II que faz algo do género nas actuais consolas. E com uma PS4 base o jogo apresenta um grafismo com elevada qualidade, a 60 fps no modo single player e split screen para dois jogadores a 30 fps, sendo que a Xbox One X faz isso com uma resolução dinâmica entre 1800p e 2160p (4K). Daí que a ideia da Microsoft perante uma Série X com o dobro da performance e contando com uma arquitectura RDNA 2 que melhora ainda mais a performance, será a mesma: 120 fps no modo single, e 30 fps em split screen para 4 jogadores.

E se a Dice conseguiu isso com o grafismo que todos conhecemos… impossível não é! A grande questão é que a 343 Industries… não é a Dice! Aliás poucos são a Dice, e basta ver que não há mais nenhum jogo AAA no mercado que faça isso com a qualidade que Star Wars Battlefront faz.

Conclusões

Acima de tudo a intenção deste artigo é que se perceba que quando se fala em mais do que 30 fps há um compromisso a ser feito com a qualidade. O Star Wars Battlefront é muito bonito, mas mais bonito seria ainda se fosse a 30 fps. E isso é algo que não é discutível. Poderá haver casos onde a mestria dos programadores permitem que se consigam resultados usando técnicas aldrabadas com elevada qualidade que simulam bem os efeitos reais, mas o compromisso existe sempre.

E se os 60 e 120 fps são agora algo mais acessível do que nunca, podendo permitir jogos mais fluidos, e jogáveis, a real capacidade gráfica da nova geração só consegue ser mostrada a 30 fps.