Direct3D12でG-SYNC Compatibleを試す

2024-10-17 (最終更新: 2024-10-17)

前回までに、フルスクリーンモードで自由にリフレッシュレートを変更できるようになりましたので、今回は、可変リフレッシュレートの動作を確認したいと思います。

私が使っているディスプレイは2台ありまして、1台は最近買ったこのディスプレイです。

NVIDIA G-SYNC Compatible
AMD FreeSync Premium Pro
VESA AdaptiveSync

に対応していると書いています。

もう一台は、iiyamaの28インチディスプレイです。こちらは古いものなので、可変リフレッシュレートには対応していません。

まず、ディスプレイのリフレッシュレートとは何かといいますと、60Hzと書かれていたら、1秒間に60回画像を表示することを意味します。どうやって画像を表示しているかというと、左上から1ラインずつ画像データを走査して、液晶や有機ＥＬなどの画素を光らせています。その1枚の画像を表示することを1/60秒に1回の間隔で繰り返しています。

では、可変リフレッシュレートは何かというと、この1/60秒の間隔をずらして、例えば、1/30秒から1/60秒の可変の間隔で画面を表示する機能になります。

何のためにあるのかというと、例えば、60fpsのゲームの場合、1フレームの処理が重たい場合に、1/60秒で処理が終わらないことがあります（処理落ちといいます）。 60HzのリフレッシュレートでVSync待ちが有効なダブルバッファの場合、1ms処理がオーバーするだけで次のVSyncのタイミングまで待たされることで、半分の30fpsにフレームレートが落ちてしまいます。

可変リフレッシュレートは、このような処理落ちのときに、画面を表示するタイミングをずらすことで、フレームレートの低下を軽減することができます。例えば、先ほどの1msオーバーしただけなら、画面の表示が、60fps(16.6ms)から56fps(17.6ms)に変わるだけで済むことになります。

処理落ちしないゲームには効果はありませんが、処理落ちに悩まされているゲームプログラマーから見るととても魅力的な機能だと思います。

では、Direct3D12での確認方法です。

特に何も設定しなくても可変リフレッシュレートの機能は動いているようですので、最近動かしている三角形を１つだけ表示するアプリを処理落ちさせて確認したいと思います。

まず、処理落ちさせるために、三角形の描画にforループを追加します。

        for (int i = 0; i < mTestLoop ; ++i)
        {
            commandList->DrawInstanced(3, 1, 0, 0);
        }

これを、imguiのUIでループの回数を変更できるようにします。

        static int loop_index = -1;
        const char* loop_data[] = {"1", "100", "1000", "2000", "3000", "4000", "5000", "6000", "7000", "8000", "9000","10000", "50000"};
        if (ImGui::Combo("LoopMode", &loop_index, loop_data, _countof(loop_data)))
        {
            if (loop_index > 0) {
                mTestLoop = atoi(loop_data[loop_index]);
            }
        }

これでアプリを以下の条件で動かします。

ダブルバッファ、VSync待ち有効
フルスクリーン

ループ回数を変えて処理負荷を高くしながら、fpsを確認しました。結果は以下の通り。

可変リフレッシュレート対応のディスプレイ
- fpsの変化 : 60fps →　50fps →　40fps → 30fps
可変リフレッシュレート非対応のディスプレイ
- fpsの変化 : 60fps →　30fps →　30fps → 30fps

可変リフレッシュレートが動いていることが確認できました。

最後に、可変リフレッシュレートの仕組みを書いておくと、表示する画像に変化がない場合に、画面を表示する走査の処理が開始待ちとなります。例えば、60Hzの場合、画像が更新されている場合には、1/60秒間隔で走査が開始されるのですが、画面が更新されていない場合には、1/30秒後まで画像が更新されるのを待っています。画像が更新されると、その直後から走査が開始されます。画像の更新がない場合にも、1/30秒後には走査が開始されます。そのようにすることで、30-60Hzの可変リフレッシュレートで画像を表示することができます。