3DMark 2005
En comparación con 3DMark 03, el tamaño del nuevo 3DMark 05 ha crecido una vez y media y ahora ocupa 280 MB en el archivo y 633 MB en estado expandido. Los requisitos del sistema también han cambiado. Ahora requiere un procesador de al menos 2 GHz, al menos 512 MB de RAM y un acelerador de gráficos con soporte para sombreadores de píxeles y vértices de la segunda versión con al menos 128 MB de memoria.
Año de fabricación: 2006
Desarrollador: Corporación Futuremark
Plataforma: PC
Requisitos mínimos del sistema:
Sistema operativo: Microsoft Windows Sistema operativo 2000 o XP
Procesador: Procesador compatible con x86 con soporte MMX, 2000MHz
RAM: (se recomiendan 512 MB)
DIRECT X: DirectX9.0c o posterior (obligatorio)
DirectX9 y modelos de sombreado
A medida que evoluciona la funcionalidad de las GPU, los desarrolladores deben aprovechar sus capacidades adicionales para mejorar la calidad de las escenas y obtener rendimiento adicional.
Microsoft, el creador de DirectX, ha demostrado una notable flexibilidad al permitir que dos desarrolladores líderes de GPU generen un conjunto de modelos de sombreado que aprovechan la funcionalidad avanzada de GPU más allá de los requisitos básicos del modelo de sombreado 2.0. La industria necesitaba un enfoque estandarizado para ampliar las capacidades principales de DirectX 9, y el resultado fue Shader Model 2.0a, Shader Model 2.0b y Shader Model 3.0.
Por ejemplo, en Far Cry Al calcular la iluminación usando sombreadores de píxeles modelo 3.0, se calcula un máximo de 4 fuentes de luz en una pasada, cuando se usa el modelo 2.0b - para 3, cuando se usa el modelo 2.0 - para una fuente de luz.
Entonces, con la transición de los juegos a una nueva forma de desarrollo, ha aparecido un nuevo enfoque para la evaluación del rendimiento: en lugar de probar tarjetas de video en condiciones absolutamente idénticas, es necesario usar para cada acelerador específico el modelo de sombreador que utiliza más plenamente su capacidades. Así es exactamente como los desarrolladores de Futuremark vieron 3Mark05.
3DMark05: etapas del viaje
Futuremark, que llama a sus conjuntos de pruebas "The Gamer's Benchmark", agrega constantemente soporte para nuevas tecnologías y desarrolla la funcionalidad de su 3DMark. Introducidos por primera vez a finales de 1998, los conjuntos de pruebas de referencia de Futuremark se han convertido en la herramienta de referencia para medir el rendimiento de las tarjetas gráficas y los equilibrios de potencia para personas que van desde entusiastas hasta ejecutivos corporativos.
3DMark99 - concentrado en la velocidad de texturizado y procesamiento de polígonos.
3DMark2000 - recibió soporte para la transformación de polígonos por hardware y, al mismo tiempo, aumentó la complejidad de las escenas.
3DMark2001 - recibió soporte para sombreadores de vértices y píxeles 1.1 y, además, aumentó la complejidad de la escena - ahora ya había decenas de miles de polígonos en las escenas.
3DMark03 - sombreadores usados 1.x y 2.0. Sólo una de las pruebas del juego no utilizó ningún sombreador de píxeles. Todas las demás pruebas de juegos hicieron un uso extensivo de sombreadores de píxeles y vértices DirectX8, y la prueba de juego final y más compleja hizo un uso extensivo de sombreadores Model 2.0. La complejidad de las escenas aumentó a cientos de miles de polígonos.
3DMark05 - elevó aún más el nivel de la tecnología. El paquete utiliza sólo sombreadores del modelo 2.0 y superiores, y todos los sombreadores se pueden ejecutar en cualquiera de los perfiles correspondientes a los modelos 2.0, 2.0a, 2.0b y 3.0. La complejidad de las escenas ha aumentado: ahora en promedio puede haber más de un millón de polígonos en un cuadro.
La principal diferencia entre 3DMark05 y las versiones anteriores del paquete de prueba es el uso de al menos sombreadores modelo 2.0 y la selección de la ruta de renderizado óptima para cada tarjeta de video.
Patric Ojala de Futuremark da este ejemplo: “Usamos varios sombreadores especialmente preparados, por ejemplo, en la primera prueba del juego, un sombreador correspondiente al modelo 3.0 usa control de ejecución dinámico y deja de funcionar cuando detecta que la superficie no está iluminada. Otro ejemplo sería un sombreador que utiliza texturas de plantilla de profundidad”.
Motor gráfico: uso de sombreadores
Las encarnaciones anteriores de 3DMark de Futuremark usaban versiones modificadas de MAX-FX, pero para 3DMark05 la compañía ha desarrollado un nuevo motor gráfico. Todos los sombreadores utilizados en las escenas están escritos en un lenguaje de alto nivel: HLSL. Estos sombreadores no se ejecutan directamente; antes de enviarlos al acelerador, es necesario compilarlos, es decir, traducirlos a un lenguaje más comprensible para la GPU y su controlador. DirectX ofrece varios perfiles: varias configuraciones óptimas para el compilador de sombreadores, diseñadas para GPU con diferentes funcionalidades. Entonces, digamos, para el perfil ATI RADEON 9700 PRO se usará PS 2_0/ VS 2_0, y para NVIDIA GeForce 6800 Ultra – PS 3_0/VS 3_0. La última generación de GPU supera los requisitos básicos de DirectX 9.0 y, aunque admiten perfiles inferiores, digamos, PS 2_0/VS 2_0, utilizarán de forma predeterminada el perfil que aproveche al máximo su funcionalidad. Lo mismo se aplica a los procesadores gráficos que aparecerán después del lanzamiento de 3DMark05: para ellos, según la lista de capacidades obligatorias proporcionadas por los controladores, se seleccionarán los perfiles que aprovechen al máximo su funcionalidad.
Entonces, en la nueva reencarnación del paquete de prueba, Futuremark se aleja aún más de la idea de comparar tarjetas de video en condiciones absolutamente idénticas. Esto no es sorprendente: todas las tarjetas de video modernas admiten los requisitos básicos de DirectX 9.0, pero además de los requisitos básicos, todas tienen una funcionalidad completamente diferente. Es incorrecto ponerlas en las mismas condiciones: estas mismas condiciones en diferentes casos serán óptimas para algunas tarjetas de video y subóptimas para otras. A cambio de todo esto, 3DMark05, al seleccionar los perfiles más funcionales para cada GPU, aprovecha al máximo las capacidades de cada tarjeta de video.
Sin embargo, para aquellos que todavía están interesados en comparar el rendimiento de las tarjetas de video en las mismas condiciones, se ha introducido la capacidad de seleccionar un perfil para compilar sombreadores HLSL. De esta manera puede forzar que la tarjeta de video funcione con un perfil menos funcional, digamos, NVIDIA GeForce 6800 Ultra No utilizará sombreadores 3.0, pero la velocidad de renderizado de escenas, por supuesto, cambiará.
Motor gráfico: uso de CPU
En las pruebas de juegos, el nuevo paquete de Futuremark no utiliza recursos de la CPU para nada más que preparar datos para construir la escena. Es decir, no hay cálculos relacionados con la física del juego, la lógica o la IA (inteligencia artificial) en las pruebas del juego.
La mayoría de las pruebas integradas en los juegos normales se organizan de la misma manera: mientras se juega una demostración, graban y miden la velocidad, calculan la IA, la física, etc. apaga. Por ejemplo, en Doom3 la prueba integrada está organizada de esta manera.
Entonces, en términos del uso de recursos de la CPU en las pruebas de juegos, los desarrolladores de Futuremark intentaron acercarse a las pruebas de juegos reales, y este enfoque parece bastante justificado, porque 3DMark es, ante todo, una prueba de tarjetas de video, no una central. procesadores.
Motor gráfico: sistema de cálculo de sombras.
Aparecieron sombras dinámicas en escenas de 3DMark 2001: el motor utilizaba mapas de sombras proyectadas. En 3DMark03, en la segunda y tercera prueba, el motor gráfico cambió a una forma diferente de construir sombras, la misma que usó el "grande y terrible" Doom3: calculando volúmenes que delimitan áreas sombreadas y usando un búfer de plantilla para determinar la iluminación. de objetos.
En 3DMark05, los desarrolladores se alejaron de este método de cálculo de sombras; aunque proporciona una calidad excelente, tiene una serie de desventajas. Para cada objeto que debería proyectar una sombra, es necesario crear su "volumen de sombra", un modelo poligonal, cuyos bordes en el lado de la fuente de luz son los bordes del objeto mismo, y en los lados, la silueta de el objeto se extendía desde la fuente de luz hasta el infinito. Encontrar los bordes que forman la silueta de un objeto y que están sujetos a extrusión es una tarea difícil que realiza el procesador central, y cuanto más complejo es el objeto, es decir, cuantos más polígonos se incluyen en el cálculo, más tiempo se necesita para crearlo. el “volumen de sombra”.
El uso posterior de estos "volúmenes de sombra" invisibles implica la necesidad de renderizarlos en el búfer de plantilla, lo que aumenta significativamente la carga en la GPU en términos de velocidad de sombreado. Y cuantos más objetos proyecten sombras, mayor será la carga en la GPU.
El método de cálculo de sombras utilizado en 3DMark05 está libre de estas deficiencias. 3DMark05 utiliza un tipo de mapa de sombras llamado “mapas de sombras en perspectiva” (PSM) para calcular sombras dinámicas, con sus propias modificaciones para minimizar la manifestación de sus deficiencias características.
Al calcular sombras dinámicas utilizando un mapa de sombras, las etapas de construcción de una escena se ven así:
-Primero, la escena se construye a partir de la posición de la fuente de luz. Durante la construcción no se utilizan texturas, sombreadores de píxeles, etc., ya que todo lo que se necesita en esta etapa es el valor Z, es decir, la distancia de los píxeles de la escena a la fuente de luz. Este valor para cada píxel se escribe en el búfer de salida en formato de punto flotante. Cuanto mayor sea el tamaño de este búfer y más preciso sea el formato de presentación de los datos, mejor será el resultado.
-Después de calcular el mapa de sombras, la escena se construye de la forma habitual, desde la posición de la cámara. Para determinar la iluminación de los píxeles, se utilizan sombreadores de píxeles: en el sombreador, para cada píxel de la escena, se determina el píxel del mapa de sombras correspondiente y se calcula la distancia desde el píxel de la escena hasta la fuente de luz. Si esta distancia es igual o menor que el valor almacenado en el mapa de sombras, entonces el píxel se ilumina. Si esta distancia es mayor, entonces es obvio que al calcular el mapa de sombras, algún elemento de la escena resultó estar más cerca de la fuente de luz y el píxel resultó estar sombreado.
La principal ventaja de calcular sombras usando PSM es que calcular sombras dinámicas cuando se usan mapas de sombras no requiere cálculos adicionales por parte del procesador central, y la cantidad de cálculos no depende de la complejidad de la escena: una "sombra" invisible, pero que consume recursos. Los volúmenes” no se añaden.
Los procesadores de píxeles modernos admiten sombreadores largos y complejos, lo que permite determinar el sombreado de cada píxel en relación con varias fuentes de luz en una sola pasada, es decir, reducir aún más la cantidad de trabajo.
Además, este método utiliza procesadores de píxeles, y su rendimiento ha estado creciendo al ritmo más rápido últimamente: más rápido que la potencia de los procesadores de vértices, el rendimiento CPU, velocidad del bus de memoria o frecuencia de muestreo de textura.
Este método, por supuesto, tiene sus propios puntos débiles, pero los desarrolladores de Futuremark aseguran que su modificación del PSM es adecuada para una amplia variedad de escenas y fuentes de luz.
Los mapas de sombras para fuentes de luz direccionales se calculan con una resolución de 2048x2048; los mapas de sombras se guardan en formato de punto flotante, R32F o D24X8. Para estas luces, el motor gráfico calcula dos mapas de sombras: uno para los objetos más cercanos a la cámara y otro para el resto de la escena. Con ello se consigue una mayor precisión en el cálculo de sombras en aquellos lugares donde es más notoria, es decir, cerca de la cámara, manteniendo la capacidad de calcular sombras para el resto de la escena. Sin embargo, incluso esto a veces no es suficiente para evitar por completo la aparición de artefactos: en la tercera prueba de juego 3DMark05, los artefactos de sombra se notan en secciones de rocas ubicadas casi paralelas a los rayos del sol.
Observe la sombra proyectada por los cables cerca de la "aleta" del barco volador y el fragmento de la pared del cañón.
Los desarrolladores señalan que estos no son errores de controladores ni problemas de hardware, sino una manifestación de uno de los puntos débiles del método del mapa de sombras.
Para fuentes de luz no direccionales, el motor gráfico 3DMark05 construye seis mapas de sombras en el formato R32F de 512x512, colocando la fuente de luz en el centro de un cubo imaginario, construyendo mapas de sombras para las 6 caras de este cubo y reduciendo así este caso a el caso de una fuente de luz direccional.
El muestreo de valores del mapa de sombras en un sombreador de píxeles en presencia de soporte de hardware para el filtrado porcentual más cercano (PCF) y las texturas de plantilla de profundidad (DST) se realiza utilizando PCF, es decir, de hecho, con filtrado bilineal normal, y si no hay soporte de hardware para PCF, el filtrado se realiza directamente en el sombreador, para ello se seleccionan los 4 valores más cercanos al punto de referencia del mapa de sombras y se promedian;
Estos enfoques proporcionan resultados ligeramente diferentes, tanto en términos de rendimiento como de calidad de imagen, pero los desarrolladores de Futuremark creen que DST y PCF, es decir, soporte de hardware y filtrado de mapas de sombras por hardware, deben usarse siempre que sea posible, ya que el juego más importante. Los desarrolladores ya están utilizando estas funciones de GPU y la demanda de estas funciones solo aumentará en el futuro.
Entonces, suficientes detalles. Pasemos finalmente a la descripción de las pruebas.
Prueba de juego 1: Regreso a Proxycon:
La primera prueba del juego pertenece definitivamente a la sección de juegos de acción: los piratas espaciales atacan de nuevo el carguero Proxycon.
Reflejando las escenas de los shooters clásicos, Game Test 1: Return to Proxycon combina salas bastante grandes con pasillos estrechos y una gran cantidad de soldados de infantería que luchan simultáneamente, lo que acerca la situación del juego a los juegos multijugador.
La mayoría de las superficies en la Prueba de juego 1: Regreso a Proxycon utilizan materiales “metálicos” definidos por sombreadores con cálculos de iluminación basados en el modelo de Blinn-Phong. Los exponentes necesarios para el cálculo no se calculan matemáticamente en los sombreadores, sino que se utilizan muestras de una tabla previamente calculada.
En total, la escena tiene 8 fuentes de luz que proyectan sombras: 2 fuentes de luz direccionales, para las cuales se calculan mapas de sombras de 2048x2048, y seis fuentes no direccionales, para las cuales se calculan mapas de sombras de 512x512x6.
Prueba de juego 2: Bosque de luciérnagas:
Esta prueba es un buen ejemplo de una escena al aire libre con mucha vegetación. La escena es relativamente pequeña, pero extremadamente rica en detalles.
Noche de luna. El suelo está cubierto de una espesa hierba, las ramas de los árboles se balancean ligeramente con una ligera brisa...
La visualización de la densa vegetación en el suelo se implementa de forma dinámica: la concentración y el nivel de detalle de la vegetación del suelo cambia junto con el movimiento de la cámara. Las hojas de césped se muestran solo donde es necesario, lo que reduce la carga de la GPU y mantiene la mejor experiencia visual.
La superficie del suelo en esta prueba se representa utilizando el sombreador "metal" de la primera prueba, pero con la adición de mapas de color/normales detallados y base. El material de la rama del árbol no utiliza mapas de relieve o especulares, pero sí tiene un mapa de color de cubo. El cielo se representa mediante un sombreador que simula la dispersión de la luz.
La luz de la luna es una fuente de luz direccional que proyecta sombras dinámicas. Las sombras se calculan utilizando un mapa de sombras con una resolución de 2048x2048. La luciérnaga mágica ilumina la hierba y los árboles como una fuente de luz omnidireccional con un mapa de sombras de 512x512x6.
Prueba de juego 3: Vuelo del cañón:
La última prueba del juego presenta grandes espacios abiertos: en esta escena, un barco volador de Julio Verne navega sobre las olas a través de un cañón custodiado por un verdadero demonio marino.
La superficie del agua es la parte más llamativa de esta escena. El agua no sólo imita reflejos y refracciones, sino que también tiene su propio valor de transparencia, de modo que un monstruo marino que se mueve en la columna de agua parece estar realmente nadando en la columna de agua y no detrás de un cristal refractivo turbio.
El sombreador utilizado para mostrar la superficie del agua es una modificación mejorada del sombreador "agua" de 3DMark03, pero la superficie del agua no es solo un sombreador. Para calcular correctamente las refracciones y los reflejos, incluida la visualización correcta de las sombras, se requieren seis pasadas del acelerador de gráficos. El sombreador en sí utiliza lecturas de mapas normales, de refracción y de reflexión. Además, se utiliza una niebla volumétrica para los objetos ubicados bajo el agua, haciéndolos más oscuros y menos saturados a medida que se alejan de la superficie del agua.
La niebla se utiliza en la escena para realzar la presencia de un gran espacio abierto, haciendo que las rocas distantes parezcan más naturales.
El sombreador utilizado para renderizar rocas es lo que los desarrolladores llaman el sombreador 3DMark05 más complejo: cuando se combina con cálculos de sombras, apenas se ajusta a las especificaciones del modelo 2.0 de sombreadores de píxeles. El material rocoso utiliza dos texturas base, dos mapas normales y un cálculo de iluminación de Lambert.
La escena tiene una fuente de luz: el sol. Las sombras del sol se calculan utilizando dos mapas de sombras con una resolución de 2048x2048, un mapa se usa para los objetos cercanos a la cámara y el segundo se usa para el resto de la escena.
CPU Prueba :
3DMark05, al igual que 3DMark03, utiliza pruebas de juegos con una resolución de 640x480 con los efectos posteriores desactivados y los sombreadores de vértices emulados por software para evaluar la velocidad de la CPU. Esto inclina el equilibrio de las pruebas hacia una mayor carga de la CPU y hace que los resultados dependan de la velocidad de la CPU en lugar de la de la GPU. Para garantizar que las pruebas se ejecuten en condiciones absolutamente idénticas en cualquier sistema, ambos CPU La prueba utiliza un modo de salida de escena con un número fijo de cuadros por segundo.
En el primero CPU Los desarrolladores de la prueba han introducido cálculos adicionales asignados al procesador central. A pesar de que el vuelo de la nave a través del cañón, en cualquier condición, se realiza siguiendo una trayectoria constante, esta prueba ha introducido un cálculo continuo de la trayectoria óptima que rodea los contornos del cañón. Los cálculos asociados a este cálculo se realizan en un subproceso secundario, lo que permite aprovechar las capacidades de sistemas multiprocesador o procesadores con HyperThreading.
Tasa de relleno:
Esta prueba se transfirió a 3DMark05 prácticamente sin cambios. Todo lo que ha cambiado es visible a simple vista: para reducir los requisitos de ancho de banda de memoria y resaltar la velocidad de texturizado, los desarrolladores han reducido la resolución de las texturas utilizadas tanto como sea posible; ahora son "celdas" aburridas.
La prueba, como es habitual, tiene dos modos: superposición de textura única y textura múltiple. En el modo de superposición de textura única, la escena tiene 64 superficies con una capa de textura en cada una, y en el modo de texturas múltiples hay 8 superficies con ocho texturas en cada una.
Sombreador de píxeles:
Esta prueba utiliza el sombreador más complejo de 3DMark05, el sombreador de superficie de roca en la tercera prueba de juego. El sombreador se transfirió de la prueba del juego con un solo cambio: aquí no se calculan las sombras.
Vale la pena recordar que el sombreador está escrito en HLSL; los requisitos básicos para la GPU, como todas las demás pruebas de 3DMark05, son la compatibilidad con los sombreadores modelo 2.0.
Los desarrolladores señalan que los resultados de esta prueba estarán determinados no solo por el rendimiento de los procesadores de píxeles, sino también por la velocidad del bus de memoria: este sombreador utiliza intensamente texturas de gran volumen.
Una alternativa menos dependiente de la velocidad de la memoria a dicho sombreador: los desarrolladores ven un sombreador que utiliza cálculos matemáticos, es decir, "crear texturas sobre la marcha", pero, en primer lugar, ya se ha utilizado un sombreador similar en 3DMark03 y, en segundo lugar, Como señala Futuremark, los desarrolladores de juegos en lugar de cálculos matemáticos en sombreadores, están mucho más dispuestos a utilizar texturas ordinarias.
Sombreador de vértices:
La prueba consta de dos partes: en la primera parte, se mide la velocidad de transformación simple de los modelos de monstruos marinos; el sombreador responsable de la transformación bien puede encajar dentro de las especificaciones de los sombreadores del modelo 1.0, pero la prueba, siguiendo la ideología de Futuremark, utiliza DirectX 9.0.
La segunda versión, más compleja, de la prueba utiliza un sombreador de vértices complejo para transformar briznas de hierba. Cada brizna de hierba se dobla independientemente de las demás bajo la influencia del "viento" generado por el ruido fractal calculado en el procesador central. Para reducir la influencia de factores como el rendimiento de la CPU y la velocidad de sombreado en los resultados de la prueba, el cálculo del ruido fractal se optimiza tanto como sea posible y las briznas de hierba se ubican más lejos de la cámara.
Pruebas de tamaño de lote:
Pruebas de tamaño de lotes: un conjunto de pruebas diseñadas para la velocidad de renderizado de lotes de diferentes tamaños: grupos de polígonos enviados por la aplicación al controlador del acelerador en una llamada de función Direct3D. Cada una de estas pruebas dibuja la misma cantidad de polígonos, pero los polígonos se agrupan en grupos de diferentes tamaños cada vez: 8,32,128, 512, 2048 y 32768 polígonos.
Para evitar que los controladores de tarjetas de video combinen grupos pequeños en grupos más grandes con fines de optimización, cada grupo inicial de polígonos se dibuja con su propio color; esto hace que el canal de gráficos se reinicie cuando llega cada nuevo grupo de polígonos:
La prueba revela cuánto reducen las recargas de la tubería de gráficos el rendimiento de una tarjeta de video y muestra la eficiencia del controlador y la tarjeta de video en grupos de diferentes tamaños; se sabe que enviar al acelerador y dibujar la misma cantidad de polígonos con una llamada de función y un grupo es más rápido que con muchos grupos pequeños.
Cada una de las reencarnaciones de 3DMark ha puesto de rodillas a las tarjetas gráficas modernas con nuevas tecnologías y escenas más complejas, pero nunca antes la denominación loro había ido acompañada de un salto tan enorme en la calidad de la imagen. Para obtener el máximo de impresiones y apreciar las nuevas pruebas, por supuesto, debes ver el modo de demostración: cada escena del juego en el modo de demostración es una completa obra de arte.
Es de destacar que esta vez Futuremark divide claramente las escenas de juego en géneros, y esto se nota a primera vista en las pruebas: una repetición de la situación con 3DMark03, donde la segunda y tercera pruebas de juego detrás de un caparazón diferente eran las mismas en el interior. no sucede. Cada escena del juego es muy diferente y, a primera vista, debería parecer que refleja bastante bien las escenas de los juegos del futuro cercano y lejano.
Vale la pena señalar el nuevo enfoque de Futuremark para probar tarjetas de video con diferentes funcionalidades: el uso de sombreadores HLSL y su propio perfil óptimo para cada GPU es quizás el reflejo más adecuado de las tendencias existentes en la industria del juego.