什么是 FPS？為何 FPS 對(duì)于電競(jìng)比賽十分重要？

競(jìng)技玩家和職業(yè)電競(jìng)選手都追求超高幀率，以期為自己帶來(lái)各項(xiàng)競(jìng)技優(yōu)勢(shì)。他們需要極致流暢的動(dòng)畫(huà)、超低延遲和極小干擾，從而取得亮眼的成績(jī)。最新 GPU 所帶來(lái)的高幀率恰好能為這些玩家提供競(jìng)技優(yōu)勢(shì)。

我們最近發(fā)布了一段視頻，其中展示了 60、144 和 240 FPS/Hz 對(duì)“反恐精英：全球攻勢(shì) (CS:GO)”游戲體驗(yàn)的影響：

現(xiàn)在，讓我們?cè)偕钊肓私膺@一切將如何在玩家的 PC 上運(yùn)作，以及高幀率為何可以提升動(dòng)畫(huà)流暢度、減少重影和撕裂影響以及降低系統(tǒng)延遲，從而為玩家提供競(jìng)技優(yōu)勢(shì)。

FPS 和 Hz 究竟是什么？

游戲圈里經(jīng)?；煜驼`用 FPS 和 Hz。 Hz 定義為每秒的周期次數(shù)，通常和顯示器相關(guān)。 二者表述的都是完成率，區(qū)別在于它們表示的是 PC 渲染系統(tǒng)中不同組件的完成速率。簡(jiǎn)言之，F(xiàn)PS 是指系統(tǒng)(尤其是 GPU)完成幀渲染的速率，而 Hz 是指顯示器對(duì)這些已完成渲染的幀的顯示刷新速率。

在下方動(dòng)畫(huà)中，可以看到頂部的灰色記號(hào)以及綠色記號(hào)，其中上面的表示顯示器顯示的幀，下面的表示 GPU 正在渲染的幀。

這些幀率并不相同。GPU 的幀渲染速度時(shí)而快于或慢于顯示器顯示幀的刷新速度。這種幀時(shí)間變化是由所渲染 3D 場(chǎng)景的復(fù)雜度差異引起的。如，某場(chǎng)景中的爆炸場(chǎng)面在渲染時(shí)可能要比上一個(gè)場(chǎng)景花費(fèi)更多時(shí)間;而 Hz 通常為恒定速率，不會(huì)隨場(chǎng)景復(fù)雜度而變化。60Hz 是每秒 60 次，144Hz 是每秒 144 次，以此類推。一些顯示器可以改變自身刷新率，為了便于理解，我們假設(shè)一臺(tái)顯示器的刷新率恒定不變。

FPS 通常是許多秒數(shù)內(nèi)的移動(dòng)平均值，因?yàn)閹c幀之間所用的時(shí)間并非恒定不變。不妨這樣理解 FPS：“GPU 每秒平均渲染的幀數(shù)。”

如果 FPS 和 Hz 不一致，玩家會(huì)感到畫(huà)面撕裂等影響，隨后會(huì)介紹這一點(diǎn)?？偨Y(jié)一下，GPU 對(duì)應(yīng)于 FPS，顯示器對(duì)應(yīng)于 Hz。要獲得絕佳游戲性能，就要提高這兩個(gè)值。

高 FPS 助力打造更流暢的畫(huà)面效果

來(lái)看一下，高 FPS 如何帶來(lái)更流暢的動(dòng)畫(huà)。在下方視頻中，我們可以看到畫(huà)面在更高的 FPS/Hz 下更加流暢。在 60 FPS/Hz 下，畫(huà)面看起來(lái)斷斷續(xù)續(xù)，就像是從一個(gè)點(diǎn)跳到另一個(gè)點(diǎn)。在 240 FPS/Hz 下，我們?nèi)匀豢梢钥吹疆?huà)面的步進(jìn)，但這些步進(jìn)小了很多。

在詳細(xì)介紹這個(gè)概念之前，先將 FPS 鎖定到 Hz。雖然這種情況實(shí)際并不會(huì)發(fā)生，但如果 GPU 和顯示器以相同速率運(yùn)作，就能更容易解釋這些概念。

下方的彈跳球動(dòng)畫(huà)清楚展示了畫(huà)面為何變得更加流暢。

240 FPS/Hz 下的彈跳球畫(huà)面更加流暢

60 FPS/Hz 畫(huà)面中的每個(gè)“步進(jìn)”在 240 FPS/Hz 下都會(huì)有 4 個(gè)“步進(jìn)”。多出的 3 個(gè)步進(jìn)填補(bǔ)了動(dòng)作，讓 240 FPS/Hz 下的畫(huà)面看起來(lái)更加流暢。在 240 FPS/Hz 下，可以在相同時(shí)間內(nèi)看到 3 個(gè)額外的信息幀。

畫(huà)面越流暢，就越有助于玩家追蹤目標(biāo)。在微調(diào)準(zhǔn)星以糾正射擊越標(biāo)或未達(dá)標(biāo)問(wèn)題時(shí)，目標(biāo)的流暢顯示有助于玩家更快鎖定目標(biāo)。

更高的 FPS/Hz 有助于減少重影

所有 LCD 型顯示器都不能免除重影的干擾。當(dāng)顯示器刷新時(shí)，畫(huà)面顏色不會(huì)立即變化。像素變化需要花費(fèi)一些時(shí)間，尤其是當(dāng)色彩變化范圍很大時(shí)。

在下方“反恐精英：全球攻勢(shì) (CS:GO)”演示視頻中，重影看起來(lái)就像物體后面的影跡，一般是在物體位置從上一幀切換到當(dāng)前位置時(shí)出現(xiàn)。

若對(duì)下方的彈跳球動(dòng)畫(huà)分析重影，我們也可以在小球后方看到重影。

模擬重影效果的彈跳球動(dòng)畫(huà)

重影取決于動(dòng)畫(huà)步進(jìn)的流暢度，并會(huì)出現(xiàn)在動(dòng)畫(huà)的前一“步”中。在 60 FPS/Hz 下，動(dòng)畫(huà)步進(jìn)之間的距離變化較大，因此重影非常明顯。在 240 FPS/Hz 下，動(dòng)畫(huà)步進(jìn)之間的距離變化較小，因此重影較不明顯。

這便解釋了在更高 FPS/Hz 下，旋轉(zhuǎn)角色或查看運(yùn)動(dòng)物體時(shí)為何會(huì)更顯清晰。與流暢動(dòng)畫(huà)帶來(lái)的益處相似，減少重影也可讓玩家更清晰地追蹤目標(biāo)，幫助玩家聚焦目標(biāo)而不是重影。

高 FPS 有助于減少畫(huà)面撕裂

當(dāng)顯示器顯示的幀與 GPU 同一時(shí)間輸出的幀不一致時(shí)就會(huì)出現(xiàn)畫(huà)面撕裂，這會(huì)導(dǎo)致屏幕上出現(xiàn)水平撕裂或圖像偏移。在下方示例中，我們可以看到貫穿玩家模型的撕裂現(xiàn)象。

當(dāng)顯示器顯示的幀與 GPU 同一時(shí)間輸出的幀不一致時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)畫(huà)面撕裂

當(dāng) GPU 的輸出速率 (FPS) 和顯示器的 Hz 不相符時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)畫(huà)面撕裂。為避免畫(huà)面撕裂，我們可以開(kāi)啟 V-SYNC。V-SYNC 能夠?qū)?GPU 的輸出速率有效鎖定到顯示器的 Hz。開(kāi)啟 V-SYNC 后，GPU 便只能按照顯示器刷新周期渲染一幀畫(huà)面。

該功能雖可消除畫(huà)面撕裂，但會(huì)增加輸入延遲，讓人感覺(jué)游戲響應(yīng)變慢，這是因?yàn)?GPU 通常必須要等待顯示玩家的操作結(jié)果。由于延遲增加，很多玩家都傾向于在游戲期間關(guān)閉 V-SYNC，選擇忍受畫(huà)面撕裂。

在下方示例中，F(xiàn)PS 高于顯示器的 Hz，并且已關(guān)閉 V-SYNC。

正如示例所示，畫(huà)面撕裂在 240 FPS/Hz 下變得更少，這是為什么呢?讓我們仔細(xì)分析一下。

在下方動(dòng)畫(huà)中，有一個(gè)人從屏幕左側(cè)跑到右側(cè)。最終，出現(xiàn)了一次畫(huà)面撕裂。

場(chǎng)景中的物體（跑動(dòng)的角色）發(fā)生撕裂，導(dǎo)致圖像偏移。

如動(dòng)畫(huà)所示，當(dāng)發(fā)生畫(huà)面撕裂時(shí)，我們看到物體的下半部看起來(lái)像是在向前移動(dòng)，但上半部卻留在原地。由于 GPU 速率未鎖定到顯示率，GPU 會(huì)在顯示器尚未完成刷新的情況下迅速交換已完成渲染的下一幀。幀完成交換后，其剩余部分將會(huì)渲染為更新的圖像，從而產(chǎn)生名為“畫(huà)面撕裂”的偏移現(xiàn)象。

類似于動(dòng)畫(huà)步進(jìn)，物體的幀之間移動(dòng)距離在 60 FPS/Hz 時(shí)更大，這會(huì)增大物體在兩幀之間的位移幅度，從而產(chǎn)生更嚴(yán)重的撕裂效果。在 240 FPS/Hz 下，物體在兩幀之間的位移幅度更小，這是由于此幀率會(huì)縮小兩幀之間的時(shí)間差，從而減小畫(huà)面撕裂的影響。畫(huà)面撕裂影響越小，就越有助于消除干擾因素，幫助玩家專注于贏得比賽。

如上所述，一些顯示器采用可變刷新率技術(shù)(如 G-SYNC)來(lái)為玩家提供關(guān)閉 V-SYNC 的出色效果，同時(shí)消除畫(huà)面撕裂。G-SYNC 顯示器會(huì)等待 GPU 渲染完下一幀，然后再刷新顯示器，如此便可讓 GPU 盡可能以最快速度完成幀渲染。我們將在后文深入探討這一主題。

高 FPS 有助降低系統(tǒng)延遲

在下方視頻中，可以看到在 240 FPS/Hz 下，對(duì)面玩家好像居于 60 FPS/Hz 時(shí)該玩家所處的位置之前，這是由系統(tǒng)延遲引起的。

談到游戲延遲，很多玩家都會(huì)想到 ping 或者網(wǎng)絡(luò)延遲。這種延遲來(lái)源是指 PC 上的信息到達(dá)游戲服務(wù)器并再次返回 PC 所用的時(shí)間。

與之相反，系統(tǒng)延遲是指從玩家作出操作(鼠標(biāo)點(diǎn)擊、鼠標(biāo)移動(dòng)、鍵盤輸入)到顯示器給出響應(yīng)所用的時(shí)間。這種延遲通常稱為“移動(dòng)到顯示 (motion to photon)”延遲或點(diǎn)擊到觸發(fā)射擊延遲。

系統(tǒng)延遲管線

是什么原因引起了系統(tǒng)延遲?我們來(lái)深入了解一下渲染管線。

在下方示例中，我們將此管線簡(jiǎn)化成三個(gè)階段，以便于說(shuō)明。從左側(cè)開(kāi)始，CPU(藍(lán)條表示)用于解釋出入、更新游戲狀態(tài)、準(zhǔn)備供 GPU 渲染的幀，以及將幀放入 GPU 渲染隊(duì)列。之后，GPU(綠條表示)會(huì)從隊(duì)列中提取這些準(zhǔn)備好的幀，并渲染它們。GPU 完成渲染后，顯示器(灰條表示)會(huì)在下一個(gè)刷新周期呈現(xiàn)最終圖像。

60 FPS/Hz 下的簡(jiǎn)化版渲染管線

以上所有操作都需花費(fèi)時(shí)間，所需時(shí)間總和就是系統(tǒng)延遲。

在現(xiàn)實(shí)世界中，這些操作會(huì)依次進(jìn)行，也就是說(shuō)每一個(gè)階段都會(huì)在這一幀結(jié)束以后的下一幀開(kāi)始。管線運(yùn)行會(huì)影響完成率 (FPS)，但不一定會(huì)改變系統(tǒng)延遲，因?yàn)橥婕业牟僮髟谌魏吻闆r下都會(huì)不斷傳送到每個(gè)階段。

先來(lái)看一下 60 FPS/Hz 管線，然后再來(lái)了解 240 FPS/Hz 管線。

可以看到 60Hz 系統(tǒng)在顯示幀時(shí)會(huì)嚴(yán)重滯后。在對(duì)每個(gè)系統(tǒng)上的單幀作出這一分析后，就能看到系統(tǒng)延遲的具體差異。

60FPS系統(tǒng)的幀顯示速度遠(yuǎn)慢于240FPS系統(tǒng)

最開(kāi)始時(shí)，每個(gè)系統(tǒng)的 CPU 都會(huì)同時(shí)收到玩家的位置。在本示例中，CPU 和 GPU 準(zhǔn)備和渲染幀的時(shí)間幾乎相等。60 FPS 系統(tǒng)管線的 CPU 部分所花時(shí)間是 240 FPS 系統(tǒng)的 4 倍。同樣，60 FPS 系統(tǒng)上的 GPU 渲染時(shí)間也相當(dāng)于 240 FPS 系統(tǒng)的 4 倍。最后，由于 60 FPS 系統(tǒng)上的刷新周期要比 240 Hz 顯示器慢 3/4，因此其顯示用時(shí)也是后者的 4 倍。

60 FPS/Hz 系統(tǒng)需要花費(fèi)更多處理時(shí)間，因此會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于游戲的實(shí)際狀況。240 FPS/Hz 系統(tǒng)的渲染速度非常接近于游戲的實(shí)際狀況，但仍存在一些差異。

下方示例展示了兩個(gè)系統(tǒng)延遲之間的差異。兩個(gè)系統(tǒng)之間的位置差異就是系統(tǒng)延遲差異?？梢岳媚撤N垂直規(guī)則(如黑條)，更輕松地比較系統(tǒng)延遲引起的這些偏移。

系統(tǒng)延遲越低，玩家就越能更早看到其他玩家。此外，降低系統(tǒng)延遲還可縮短鼠標(biāo)操作到屏幕顯示結(jié)果的時(shí)間，由此提升游戲的響應(yīng)速度。降低系統(tǒng)延遲能夠集中帶來(lái)以上所有優(yōu)勢(shì)，讓玩家在戰(zhàn)場(chǎng)上獲得競(jìng)技優(yōu)勢(shì)。

GeForce 支持高 FPS

總而言之，更高幀率可為玩家?guī)?lái)巨大的決勝優(yōu)勢(shì)。它能提升動(dòng)畫(huà)流暢度來(lái)改進(jìn)目標(biāo)追蹤，減少重影和畫(huà)面撕裂來(lái)降低干擾影響，同時(shí)還能降低系統(tǒng)延遲以助您更快發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，從而更迅速地作出響應(yīng)。高 FPS 集以上所有優(yōu)勢(shì)于一身，賦予玩家巨大的競(jìng)技優(yōu)勢(shì)。

在今年早期開(kāi)展的一項(xiàng)調(diào)研中，我們能夠根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)繪制出玩家的平均 FPS 及其擊殺/死亡 (K/D) 比圖表。其中，K/D 是在“堡壘之夜 (Fortnite)”或“絕地求生 (PUBG)”等競(jìng)技游戲中用于衡量玩家技能的常用指標(biāo)。

競(jìng)技玩家的平均 FPS 及其 K/D 比圖表

通過(guò)觀察圖表，可以看出玩家在“絕地求生 (PUBG)”和“堡壘之夜 (Fortnite)”中的平均 FPS 和 K/D 比之間存在關(guān)聯(lián)。在 180 FPS 時(shí)，玩家的 K/D 比要比 60 FPS 時(shí)高出 90%!

就其本身而言，相關(guān)性并不等同于因果關(guān)系。但若考慮到 FPS 帶來(lái)的種種優(yōu)勢(shì)，例如本文中介紹的提升動(dòng)畫(huà)流暢度、減少重影和畫(huà)面撕裂以及降低系統(tǒng)延遲，圖表中的正相關(guān)關(guān)系就頗有意義。

請(qǐng)查看最新#幀能贏頁(yè)面，了解 GeForce GPU 如何提供所需的 FPS，助玩家在“求生戰(zhàn)場(chǎng) (Battle Royale)”和第一人稱射擊游戲中獲得巨大競(jìng)技優(yōu)勢(shì)。

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