Vývojáři nové AAA hry oznámili, že jejich titul poběží na konzoli ve snímkové frekvenci 30 fps. Před pár lety by to byla nudná zpráva, nad níž se nikdo nepozastaví. Dnes je to rozbuška pro hněvivé příspěvky hráčů. Námitky se většinou opakují: Copak jsou současné konzole tak slabé, že se na lepší framerate nezmůžou? Nebo s nimi vývojáři neumí pracovat? Dnes už je přece 30 fps nepřijatelných!
Jenže hodnota užívané snímkové frekvence nesouvisí s pokroky na poli počítačového hardwaru zdaleka tak přímočaře, jak se mnozí hráči domnívají. V minulosti sice konzolové hry někdy běžely i hůře, ale také podstatně lépe než dnes. Cílem tohoto článku je připomenout, jaká snímková frekvence byla v různých dobách na konzolích běžná a jaké důvody za tím stály.
Na počátku byl film
Videohry samozřejmě nejsou prvním médiem, u nějž se nějaká snímková frekvence musela řešit. Masový úspěch pohyblivým obrázkům nejprve přinesl film, který se zrodil ještě v závěru 19. století. A dobrých třicet let vydržel bez potřeby počet promítnutých políček za sekundu standardizovat. Nejprve to ani nebylo možné, neboť kamery (a kratší dobu i promítačky) se roztáčely ručně pomocí kliky.
Němé filmy se většinou natáčely a promítaly v rozsahu 16–25 snímků za sekundu, což bylo jakési kompromisní pásmo, v němž se obraz (ve většině scén) nejevil jako trhaný a zároveň se zbytečně neplýtvalo drahou filmovou surovinou.
Standardizaci si ovšem vynutil nástup zvuku na přelomu 20. a 30. let minulého století. Ten byl na páse nejprve také uložen formou optického záznamu. Zatímco mírného zrychlení či zpomalení obrazu si diváci většinou nevšimnou, v případě zvuku nekonstantní rychlost ovlivňuje vnímanou výšku tónů, což je hodně nápadné. Proto se zavedl standard, který byl opět kompromisem mezi přijatelnými náklady a dostatečně plynulým obrazem (a kvalitním zvukem). Tím standardem bylo 24 fps, která se ve filmu používají dodnes. Každé filmové políčko ovšem promítačka ukáže dvakrát, aby se předešlo vnímatelnému blikání obrazu.
Teď se můžete ptát, jak je možné, že filmy nevnímáme jako trhané, ačkoli hru bychom ve 24 fps hrát nechtěli. A nebo jste viděli v kině dejme tomu trilogii Hobit promítanou ve 48 snímcích za sekundu a zajímá vás, proč v této podobě vypadala spíš lacině jako nějaká mexická telenovela. Tomu se ovšem budeme věnovat až v navazujícím článku. Nyní pro nás budou důležité klasické katodové (CRT) televizory.
PALčivé problémy s televizí
Rané konzole, které se připojovaly buď přímo na anténní vstup televize, nebo přes kompozitní konektor, se musely z důvodů kompatibility přizpůsobit standardům, které stanovily enkódovací systémy pro barevný televizní přenos. Nemá smysl zde zabíhat do zbytečných technických podrobností. Důležité je, že do základního elektromagnetického vlnění, skrze něž se televizní signál šíří (tj. na tzv. nosnou vlnu), potřebujete nějak „vtisknout“ informace, pomocí nichž televizor rekonstruuje zvuk a obraz.
U barevné televize, kde je tento proces pochopitelně komplikovanější, se v různých regionech světa ustálily odlišné standardy: V Severní Americe a Japonsku se uchytil nejstarší systém NTSC, ve Francii a bývalém Sovětském svazu modernější SECAM a v Evropě i zbylých částech světa úplně nejmodernější PAL. Tyto standardy se lišily mimo jiné způsobem kódování barev, rozlišením i použitou snímkovou frekvencí. Ta nás samozřejmě zajímá nejvíce.
Ačkoli je evropský PAL nejnovějším a pro přenos barevného televizního signálu nejspolehlivějším systémem, hráčům mnoho radosti neudělal. Nikoli kvůli nějakému opomenutí, ale kvůli obyčejné souhře náhod. Zmíněné televizní systémy byly zkrátka navrženy tak, aby frekvence vykreslování obrazu odpovídala frekvenci střídavého proudu v elektrické síti. V Americe, kde vyvinuli NTSC, elektřina v zásuvkách kmitá v rytmu 60 Hz. PAL byl vyvinutý v Západním Německu a přizpůsobil se evropské elektrické síti pracující na frekvenci 50 Hz. Znamená to tedy, že na starších konzolích běžely hry v 60 a 50 fps? Ano i ne. Musíme si to rozebrat trochu víc.
I naši rodiče mohli hrát v 60 fps
Vtip je v tom, že z důvodu technologických omezení klasické katodové televize pracovaly s tzv. prokládaným obrazem. Pojďme si to vysvětlit na příkladu situace, kdy chtěla Česká televize v 90. letech odvysílat nějaký film. Naše televizory ve standardu PAL sice padesátkrát za sekundu vykreslily nový obrázek, ale jednalo se pouze o takzvané půlsnímky. Z každého filmového políčka televize zobrazila nejprve jen liché řádky a pak jen sudé řádky. Takže byť se obraz obnovil padesátkrát během sekundy, viděli jsme za tu dobu jen 25 celých snímků (a ano, zároveň to znamená, že v televizi byl takový film asi o 4 % rychlejší a kratší ve srovnání s projekcí v kině).
Ovšem pozor, stále nekončíme! Pomiňme teď konzole první a druhé generace, u nichž moc nemá smysl framerate řešit. Osmibitové a šestnáctibitové konzole, např. Nintendo Entertainment System nebo Sega Mega Drive, výše popsanou logiku otočily na hlavu: Pokoušely se šedesátkrát (v NTSC regionech) či padesátkrát (v PALových regionech) za sekundu vyprodukovat jeden celý nový snímek, ovšem pouze v polovičním rozlišení.
Z toho plyne závěr, který bude znít bombasticky každému, kdo se domnívá, že snímková frekvence 60 fps je na konzolích nějakým aktuálním či nastupujícím standardem, k němuž jsme dospěli až se současnými technologiemi. Není tomu tak, 60 fps bylo v konzolovém světě naprostým standardem již zhruba někdy mezi lety 1985–1995!
Samozřejmě, dobový hardware ne vždy stačil ambicím tvůrců her, takže mnohé trpěly na zpomalování. Zatímco moderní konzole snímky, které se nestihnou zavčas vyrenderovat, jednoduše přeskočí, takže obraz působí trhaně, ty staré si na každý snímek svědomitě počkaly. To spíše než k trhání vedlo k efektu zpomaleného pohybu, skoro jako z Matrixu. Na šestnáctibitových konzolích se také objevovaly různé 3D nebo pseudo-3D hry, u nichž tvůrci od začátku cílili na snímkovou frekvenci pohybující se spíš někde mezi 15–20 snímky za sekundu. Ideálně by samozřejmě reálná hodnota frameratu měla být celočíselným podílem obnovovací frekvence obrazovky, jinak intervaly mezi jednotlivými snímky nebudou stejně velké a obraz bude trhaný.
Blíží se 3D, framerate zpomaluje!
Od poloviny 90. let po současnost už to bylo s hraním ve vyšší snímkové frekvenci jako na houpačce. Pátá konzolová generace (Sony PlayStation, Sega Saturn, Nintendo 64) se kryla s nástupem 3D grafiky, která tehdejšímu hardwaru dávala pořádně zabrat. Videohry se tak začaly znovu spokojovat spíše s nižšími snímkovými frekvencemi. Protože, co si budeme namlouvat, tehdejší hráče daleko víc nadchnul trojrozměrný Tomb Raider ve 30 fps než dvourozměrný Rayman v 60 fps.
Právě v tomto období začíná éra, kdy evropští hráči začali pořádně žehrat na systém PAL. Rozdíl mezi 50 a 60 snímky za sekundu totiž není percepčně až tolik znatelný, ale když vývojáři začnou cílit na polovinu obnovovací frekvence televize, znamená to, že zatímco v systému NTSC se hraje ve 30 fps, v systému PAL je to jen 25 fps. U takto malých hodnot udělá ono zpomalení o cca 17 % opravdu velký rozdíl v plynulosti obrazu a responzivitě ovládání.
A to si přiznejme, že množství 3D her pro pátou generaci cílové mety 25 či 30 fps ani konzistentně nedosahovalo. PlayStation je nakonec v zásadě jediná konzole své doby, na níž přijatelně běží starý dobrý Doom. Vypadá sice o něco hůř než PC verze a 30 fps nedovede udržet, ovšem i na tehdejších počítačích běžela slavná střílečka plynule jen šťastným majitelům značně nadprůměrných sestav. A její engine měl vestavěný limit 35 fps.
PlayStation 2? Plynulejší framerate než na PlayStationu 3
V šesté generaci konzole jako PlayStation 2, GameCube a Xbox navýšily rozlišení, ale sáhly po prokládaném obrazu pracujícímu s půlsnímky. V NTSC regionech tedy využívaly výstupní (ne nutně renderovací) rozlišení 480i a v PALových 576i. Zejména Xbox díky svému silnějšímu hardwaru ovšem u řady her podporoval i rozlišení 480p (tedy 480 řádků neprokládaně).
Pokud jde o snímkovou frekvenci, mnoho her kvůli své komplexní grafice cílilo na 30 fps, ovšem zároveň existovala velmi početná várka AAA titulů, které dokázaly běžet v 60/50 fps. Z playstationových hitů se to týkalo třeba sérií Jak and Daxter, Ratchet & Clank, Burnout, Crash Bandicoot, TimeSplitters nebo Onimusha. Na původním Xboxu se vysokou snímkovou frekvencí (kromě několika již zmíněných titulů) mohl chlubit třeba Panzer Dragoon Orta, Ninja Gaiden Black nebo Red Dead Revolver. Na GameCube bylo 60 fps výsadou hlavně first-party her jako F-Zero GX, StarFox Adventures nebo Metroid Prime.
Sedmá generace naopak naučila hráče zvykat si na notně nestabilních 30 fps. V případě third-party her byl většinou slabším článkem PlayStation 3. Byť byl v porovnání s konkurenčním Xboxem 360 nominálně výkonnější, vývojářům se obtížně pracovalo s jeho komplexní architekturou. Kupříkladu střílečka The Darkness na Xboxu 360 běží obstojně, zatímco na PlayStationu se i přes „old-gen“ rozlišení 576p a absenci anti-aliasingu pohybuje někde mezi 15–20 fps. Horší výkon i grafiku má na konzoli od Sony také Red Dead Redemption.
Na žádné ze dvou hlavních konzolí jste se stabilních 30 snímků za sekundu nedočkali třeba u her jako GTA V nebo Crysis. The Last of Us, jeden z graficky nejpůsobivějších titulů sedmé generace, se také výrazným propadům pod 30 fps nevyhnul.
I na PS3 a Xbox 360 samozřejmě nějaké 60 fps hry vyšly, ale většinou šlo o okrajové, graficky méně náročné tituly. Pokud pomineme 2D a 2,5D hry, pak můžeme zmínit třeba Call of Duty 3, které mělo vyšší framerate na Xboxu 360 (PS3 si ostudně neudržel ani těch 30) nebo Ridge Racer 7, který vyšel exkluzivně pro PlayStation.
Návrat do budoucnosti
PlayStation 4 a Xbox One, vlajkové lodě osmé konzolové generace, přinesly dvě podstatné změny. Ač vývojáři stále cílili primárně na 30 fps a na oplátku se snažili své hry co nejvíce graficky vyšperkovat, výrazné propady snímkové frekvence již přestaly být tolerované jako běžná věc.
O druhou změnu se postaralo bleskurychlé tempo, s jakým se na trhu prosadily 4K televize. Velké obrazovky disponující dvojnásobným rozlišením, než o jaké se obě konzole (horko těžko) pokoušely, si vyžádaly vývoj mezigeneračních hardwarových revizí s vyšším výkonem. Byť Xbox One X a zejména slabší PlayStation 4 Pro většinou na skutečně nativní 4K nedosáhly, měly v sobě dost výkonu navíc, aby mohly u her designovaných pro základní modely dát hráčům na výběr mezi módem kvality s vyšším rozlišením a módem výkonu, který přidával snímky za sekundu.
Tento trend vydržel až do současné konzolové generace (na níž z velké části vychází hry původně vyvíjené pro generaci předchozí) a hráči si na něj rychle zvykli. To je ostatně jeden z hlavních důvodů, proč se každá nová hra bez módu výkonu setkává s naštvanými reakcemi hráčů, kteří 30 fps považují za jakýsi pravěký relikt nebo doklad „špatné optimalizace“. A to i přesto, že ještě čtyři roky staré The Last of Us Part II bylo obdivované pro svou grafiku a framerate mu vyčítal málokdo.
Na debatu o tom, zda by už 30 fps nemělo navždy patřit minulosti, si posvítíme někdy příště v navazujícím článku.
