Питер «Durante» Томан о портировании The Legend of Heroes: Trails of Cold Steel на ПК

Питер «Durante» Томан — автор множества модов для увеличения производительности ПК игр. Среди них известный фикс для Dark Souls «DSfix» и инструментарий для даунсэмплинга «GeDoSaDo». В этой статье он рассказывает о трудностях и особенностях переноса игры The Legend of Heroes: Trails of Cold Steel на ПК

Когда XSEED связались со мной и предложили поучаствовать в портировании The Legend of Heroes: Trails of Cold Steel на ПК, я оказался в восторге от перспектив. Серия The Trails in the Sky была одной из моих любимых JRPG на ПК, поэтому я точно решил сделать одну из последних игр франшизы лучшей, насколько это возможно, на ПК.

Конечно, на тот момент я и представить не мог как сильно я буду вовлечён в это дело. Я ожидал сделать несколько оптимизаций тут и там, может быть потратить неделю-другую полную работы. В реальности оказалось всё совсем иначе.

Эта статья поделенана три части:

Мне кажется уместным для истории о программе начать с загрузки. И первой же проблемой, с которой я столкнулся, оказалось время загрузки. В версии игры для ПК, на текущем этапе, даже на самых производительных машинах загрузка занимала примерно 20 секунд. И это касалось не только редких загрузок больших уровней, но и даже загрузок при начале и завершении обычной битвы. К тому же, на протяжении всей игры были замечены значительные подгрузки.

Конечно же, это было недопустимо. После продолжительного анализа я понял, что основная причина для подгрузок и длительного времени загрузки была в Nvidia Cg (на данный момент уже устаревший и не обновляющийся язык высокого уровня для написания шейдеров), который использовал игровой движок для компилирования и загрузки шейдеров в среде выполнения. Используя кэширование и повторное использование результатов компиляции, мне удалось уменьшить время загрузки (после первоначальной загрузки) до ~2-3 секунд, и, также, устранить последующие подгрузки. Удовлетворенный прогрессом, я сообщил о своих находках и передал код.

Некоторое время спустя меня попросили отполировать игру для возможного релиза. Пока я тратил время на улучшение визуальных аспектов в Cg-версии игры, которая была на данный момент, с увеличением тестов я становился всё более недовольным производительностью.

Поскольку игра была изначально выпущена на PS3 и даже PS Vita (правда ПК версия использует ассеты уровня PS3 или лучше), ты ожидаешь, что на быстрой системе игра будет летать. Однако, к этому моменту я уже нашёл определенные сцены и положения камеры при которых производительность падала до 45 кадров в секунду (FPS), полностью ограниченная процессором. Используя разные инструменты профилирования я обнаружил что проблема напрямую связана с тем, как рендеринг OpenGL/Cg работает с состоянием шейдеров: делалось до десятков вызовов состояний на единичный вызов отрисовки. Проделав несколько очевидных настроек и оптимизаций я смог поднять производительность на моём тестовом стенде до 55 FPS. На этом этапе я прикинул, что полностью оптимизированный рендеринг Cg-версии игры в этой сцене сможет дать игре на моём ПК около 80 FPS в лучшем случае.

Этого будет недостаточно.

Я никогда бы не смог поставить своё имя рядом с портом игры, которая работала на PS3 в 30 FPS, и которая получила всего 80 FPS на моём ПК 2015 года. На самом деле, лично я хотел бы запустить игру на чём-то слабом и портативном, вроде GPD Win. А с таким уровнем производительности это было бы невозможно.

Единственное правильное решение проблем с производительностью — это полностью заменить бэкенд рендеринга. У базового движка уже был бэкенд DX11, но в отличие от OpenGL/Cg он, очевидно, не использовался Falcom во время разработки Trails of Cold Steel. И игра, и её ассеты использовали большой набор функций, который был недоступен или работал не так в бэкенде DX11. Таким образом, переключение на другой рендерер было огромным изменением, по сравнению со всеми операциями по портированию на ПК, которые были сделаны до этого момента.

Чтобы было проще понять, что это значит, ниже первый скриншот, что я сделал во время разработки DX11 версии. И, заметьте, это уже после исправления нескольких ошибок, предотвращающих игру даже от запуска.

На этом скриншоте вы можете увидеть десятки ошибок рендеринга, некоторые из которых требуют фундаментальных модулей для движка и переработку. Тем не менее, это всего лишь подмножество из общих 57 отдельных типов проблем рендеринга (не отдельные случаи), относящихся к изменению бэкенда рендеринга. Конечно же, все я перечислить не смогу, но есть один особенно забавный баг, который я отслеживал уже на более поздней стадии разработки (что можно понять по отсутствию того кошмара на экране):

Несмотря на проблемы и усилия, вложенные в портирование совершенно другого бэкенда рендеринга, всё в итоге окупилось. График ниже даёт представление о производительности (CPU) игры на моём ПК во время разных стадий разработки:

Текущее состояние игры, помеченное как “Оптимизированная DX11 версия” ("Optimized DX11 version"), в большей степени соответствует тому, что можно ожидать от портирования игры с PS3 на ПК.

Я хотел бы отметить один важный момент про этот график: пожалуйста, не вырывайте цитату из контекста, и не говорите о том, какой быстрый DX11 по отношению к OpenGL. Такой результат — это непосредственные следствие того, как эти API используются в своих соответствующих бэкендах рендерига в базовом движке. Я думаю, что GL/Cg версия разработана в первую очередь для более близкого соответствия консолям, а не для лучшей производительности на ПК.

Достигнуть почти 300 FPS на высокопроизводительном ПК это неплохо, но в целом бессмысленно для пошаговой JRPG. Что больше впечатляет, и что является настоящей изюминкой всех стараний, так это производительность на действительно слабых системах, например GPD Win. В видео ниже игра запущена именно на нём. Как вы можете заметить, игра идёт плавно в родном разрешении 1280×720. В плане настроек, в этом видео используются “портативные” настройки.

Давайте начнём с общего вида на загрузчик игры:

Здесь есть несколько моментов, на которых я хотел бы остановиться

Тут представлены основные режимы экрана (оконный или полноэкранный) с или без v-sync. Относительно фреймрейта, представлены 3 настройки: ограничение в 30 FPS, ограничение в 60 FPS и без ограничения FPS. На консолях игра шла с ограничением в 30 FPS, но на ПК и 30 и 60 полностью поддерживаются. Настройка без ограничения FPS тоже весьма неплохо работала на моём ПК, но тут не было достаточного QA, поэтому используйте на “свой страх и риск”.

Наконец, я также добавил настройку Field of View (FoV). Конечно, тут она не так важна, как в играх от первого лица, но играя близко к большому монитору часто хочется видеть более широкий FoV. На скриншоте ниже представлено сравнение между стандартным FoV (слева) и очень высоким FoV (лично мне нравится просто высокая настройка, эта представлена для сравнения)

Этот раздел посвящен разрешению экрана, сглаживанию (AA) и фильтрации текстур. Разрешение работает именно так, как вы себе представляете. По части сглаживания, поддерживаются MSAA 2x, 4x и 8x, а прозрачный суперсэмплинг (TrSSAA) представлен тут как высококачественный вариант для улучшения поверхностей с альфа-каналом. Было странным обнаружить, что TrSSAA на самом деле гораздо более сложен в реализации на DX11 чем на Direct3D 9 или OpenGL, но, по крайней мере, это объясняет, почему так мало игр предлагают его. На изображении ниже представлено сравнение всех вариантов сглаживания. Само собой, разница гораздо лучше видна в движении:

Перед тем, как перейти в шейдингу, есть один камень, который я хочу снять со своего сердца. Знаете, что меня действительно раздражает? Когда игра предлагает тебе выбрать AA, но не применяет его ко всему в игре (например, к моделям персонажей в меню). Мне пришлось расширить базовый движок для таких целей, но зато будьте уверены, если вы выбираете AA в Trails of Cold Steel на ПК, то оно применяется ко всему:

Ах да, ещё есть анизотропная фильтрация. Это простой чекбокс, потому что, честно говоря, нет никакой причины использовать что-то меньшее, чем 16xAF для этой игры. Даже GPD Win справляется с этим!

Тут всё ещё интереснее. Представлено 4 варианта, относящихся к качеству динамических теней.

Даже с этими улучшениями теней игровое окружение всё равно смотрится немного плоско. Раз окружение, в отличие от сэл-шейдинга персонажей, рендерится в более реалистичном стиле, то я подумал, что более реалистичная современная техника Ambient Occlusion (AO) может выглядеть тут неплохо. С небольшой доработкой движка я смог встроить HBAO+, одно из высококачественных и высокопроизводительных решений AO. Вот как это выглядит:

Как вы можете видеть, это добавляет глубины и пластичности, а также делает объекты в тени более приземленными.

Последнее, но не по значению, это настройки графики. Эти настройки выглядят недостаточно впечатляющими, здесь всего два чекбокса: и, честно говоря, высококачественная глубина резкости (High Quality Depth of Field) делает именно то, что и написано. И несмотря на то, что это приятное улучшение, писать тут особо не о чем.

Но с другой стороны, неограниченная дальность прорисовки (Unlimited Draw Distance), извините меня, за то что говорю это сам, действительно очень важное изменение. На самом деле, сделать что-нибудь с дальностью прорисовки — это практически первое, о чём меня попросили как только появилась первая часть этой статьи. Я полностью устранил все виды проблем с внезапным появлением объектов, заставив их прорисовываться на любом расстоянии. На некоторых картах это значительно увеличило нагрузку на CPU, особенно вместе с включением всех теней, но тут нет ничего, с чем бы не справился современный настольный ПК.

Так как эту проблему достаточно сложно передать на скриншотах, я сделал видео, которое весьма неплохо показывает эффект в действии:

В дополнение ко всем этим настройкам, добавлены ещё несколько улучшений по отношению к консольной версии, которые “постоянно включены” и не представлены в загрузчике. Например, эффект свечения рендерится с четырехкратной точностью, и когда возможно несжатые текстуры используется вместо сжатых ассетов, созданных для консолей.

Первая дополнительная особенность - Турбо мод. Если эта настройка включена в загрузчике, то при зажатии R2 (или эквивалента на клавиатуре/мыши) скорость битв, катсцен и даже передвижение по карте увеличивается в 4 раза. Это позволяет очень быстро завершить “не важные” битвы или пересечь обширные территории. Когда турбо мод включён, на экране появляется соответствующая иконка:

Это не новая фишка, несколько портов на ПК за последний год имеют такую возможность, но здесь она полностью интегрирована и имеет одну небольшую возможность, которую я назвал “Умное Турбо”. В Trails of Cold Steel, когда ты “выводишь из равновесия” врага, на экране на короткое время появляется возможность совершить спец-атаку. В этот момент, даже несмотря на включенный турбо мод, игра возвращается к оригинальной скорости, чтобы игрок успел выбрать эту спец-атаку.

Во время битв турбо мод также пропускает большую часть анимаций, дополнительно к общему ускорению. Вы можете увидеть как турбо мод влияет на битвы в этом видео:

Поддержка дополнительных соотношений сторон экрана в JRPG с большим количеством UI-элементов, и особенно в той, которая изначально была создана под 16:9 — это не самая тривиальная задача. Среднее время на решение этого вопроса я оценил в несколько полных рабочих дней. Поскольку время (во вполне прямом смысле) — деньги, я даже и представить не мог, что XSEED решится на внедрение такой настройки. По последним данным опросов Steam этим пользуются меньше 2% потенциальных игроков.

Что же, они пошли на это, и после работы над 32-мя отдельными проблемами, игра теперь поддерживает любое соотношение сторон выше 16:9 из коробки! Конечно, с некоторыми ограничениями: в основном связанными с тем, что меню остаётся в 16:9, и, также, часть UI для битв не очень удачно переходят границу кадра 16:9. Но для большинства ситуаций я разработал уникальные решения, которые, на мой взгляд, выглядят довольно красиво.

Конечно же, если уж я делаю поддержку экранов с широким соотношением сторон, то я не ограничусь только 21:9. Все соотношения сторон выше 16:9 должны работать, по крайней мере, в теории. Поэтому если, скажем, у вас установка с тремя мониторами и соотношением сторон 48:9, то игра у вас будет выглядеть так:

Должен признать, что поддержка ультрашироких экранов не тестировалась так же усиленно, как 16:9, поэтому есть вероятность, что где-то будут маленькие графические проблемы. Если вы нашли такие, напишите мне!

Фух. Долгий путь подходит к концу, и я очень надеюсь, что игра будет работать так же хорошо на вашем ПК, как и на нашем тестовом стенде. Это первая игра, где я был ответственен за основную часть кода под ПК, поэтому я немного нервничаю, но я уверен, что игра в гораздо лучшем состоянии, чем множество релизов, которые я смотрел за последнее время.

И я знаю, что если случится что-то серьёзное, я не буду ждать месяцы, недели или даже дни, чтобы связаться с теми, кого это затронет и постараться решить проблему.

* * *

ПК-версия The Legend of Heroes: Trails of Cold Steel вышла 3 августа 2017 года в Steam, GOG и Humble Store.

Оригинальные статьи в блоге XSEED: часть 1, часть 2, часть 3.